EP1664896B1 - Electrically rotatable micromirror or microlens - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a micro-mirror or a micro-lens operable electrically in rotation.
- Micro-mirrors and micro-lenses resulting from micromachining techniques of semiconductor material are of great interest for the reflection or the transmission of a light beam thanks to the combination of their speed, their precision, their low energy consumption and their relatively low cost.
- micro-mirrors or microlenses can operate in two different modes which are the static or quasi-static mode and the oscillating mode.
- the micro-mirrors comprise a movable part, generally in the form of a plateau, provided with a reflecting zone.
- the microlenses comprise a perforated mobile part (that is to say in the form of a frame) on which is fixed a refracting lenticular piece forming a refractive zone.
- the moving part can take positions in which it is inclined at a fixed angle with respect to a rest position or it can move in rotation, its movement having a very small frequency in front of its resonant frequency.
- the reflected or transmitted light beam according to whether it is a micro-mirror or a micro-lens is pointed towards a user device and the field of application is, for example, optical routing systems or image projection systems.
- the mobile part oscillates at its resonance frequency, the reflected or transmitted light beam performs a periodic scan with an amplitude increased by the mechanical resonance phenomenon.
- the field of application is, for example, scanners in printers or barcode readers.
- the micro-mirrors can also be used in new applications such as the light beam scanning displays on the retina or the endoscopic confocal microscopes.
- Such micro-mirrors or microlenses conventionally comprise a mobile part, generally in the form of a plateau, provided with a main plane and having at least one reflecting zone for the micro-mirror and a refractive zone for the micro-lens, a fixed part, connecting means of the movable part to the fixed part embodying an axis substantially parallel to the main plane, electrical control means of the rotation of the movable portion about the axis.
- the optical quality of the micro-mirrors depends essentially on the flatness of their reflecting zone. That of microlenses depends on the precision of the shape of the lens, shape close to a sphere for example.
- the mobile part of the micro-mirrors generally comprises a micro-machined plate of semiconductor material forming the reflective zone or covered with at least one reflective layer and optionally a protective layer.
- the mobile part comprises a perforated plate supporting a lenticular refracting piece.
- the surface deformations may be induced by elements lying under the reflective zone or under the perforated plate supporting the lenticular piece. These elements, like electrodes, are very often used to generate the displacement of the mobile part, the stresses in the surface layer or layers of the mobile part (for example the reflective metal layer or the protective layer) and the dynamic deformations which occur during moving of the moving part.
- the size of the reflective zone must be sufficient to limit the diffraction effect of the light beam on its opening.
- Micro-mirrors typically larger than 500 micrometers are typically used. Of course such dimensions are not limiting, they actually depend on the application. These dimensional constraints are applicable to micro-lenses.
- micromirrors or microlenses are therefore intended to move in rotation about an axis substantially parallel to their main plane.
- Two or more micro-mirrors can be used in the same assembly to deflect the light beam several times. The same remarks apply to micro-lenses.
- Micro-mirrors actuated in rotation by electrostatic effect are known as that illustrated in FIGS. 1A, 1B.
- the moving part 1 is mounted on an axis of rotation 2 embodied by two aligned torsion arms 3 coming from the mobile part 1 and whose ends are secured to a fixed part 4.
- the movable part 1 faces the fixed part 4 while being at a distance in the rest position, it is represented by the dotted lines in FIG. 1A. It is suspended above the fixed part 4 by the torsion arms 3.
- Electric control means 5 for rotating the movable part 1 are provided. They comprise a mobile electrode 5.1 and two fixed counter-electrodes 5.2.
- the face of the moving part 1 which faces the fixed part 4 carries the moving electrode 5.1.
- the other face of the moving part 1 carries a reflecting zone 7.
- the fixed part 4 carries the two counter electrodes 5.2, 5.2 which face the moving electrode 5.1.
- the means 5 for controlling the rotational movement of the mobile part 1 also comprise means 5.4 of addressing (materialized by voltage sources) for applying an addressing signal in the form of an actuating voltage V1 or V2 between the moving electrode 5.1 and one or the other of the counter-electrodes 5.2 , 5.3.
- an electrostatic attraction force F (x) is generated and the moving part 1 moves in rotation about the axis 2, the moving electrode 5.1 being attracted by the counter electrode 5.2 or 5.3 which generated the potential difference V1 or V2.
- a problem posed by the electrostatic actuation is that the elastic restoring force (not shown), caused by the torsion arms 3, which opposes the displacement of the moving part is linear whereas the electrostatic attraction force is quadratic. .
- the attraction force takes over and a phenomenon of abrupt plating of the electrodes when the potential difference exceeds a certain threshold Vc or pull-in voltage (literally threshold voltage of attraction).
- Vc or pull-in voltage literally threshold voltage of attraction
- the controlled travel of the moving electrode corresponds to a distance that is largely restricted with respect to the initial distance separating the moving electrode 5.1 of the counter-electrodes 5.2, 5.3 in the rest position.
- This phenomenon limits the usable deflection of the moving part 1.
- a small space at rest between the moving electrode and the counter-electrodes will only allow a mobility with a very small angle, and the installation of a larger space at rest would involve the use of a very large actuating voltage, which is undesirable.
- the movement of the moving part is relatively limited.
- the document [1] shows another embodiment of a rotating micromirror capable of moving in a single direction during the attraction between two electrodes.
- This embodiment is illustrated in Figures 2A, 2B.
- the micro-mirror has substantially the same structure as before with a fixed part 4, a mobile part 1 located at rest at a distance from the fixed part 4, provided with a reflecting zone 7 and an axis of rotation 2 materialized by two torsion arm 3 whose ends are integral with the fixed part 4 and which come from the moving part 1.
- the difference with the previous example is at the level of the electrical control means 5 of the rotation of the movable part 1.
- the electrical control means 5 comprise a mobile electrode 50 issuing from the mobile part 1 and having a free end 50.1 and a fixed electrode 51 carried by the fixed part 4, opposite the mobile electrode 50 in the rest position.
- the movable electrode 50 is secured to an edge of the mobile part 1.
- the electrical control means 5 also include addressing means for applying an addressing signal in the form of an actuating voltage between the fixed electrode 51 and the moving electrode 50. These means are not shown so as not to overload the figures.
- the movable electrode 50 is relatively flexible, it is intended to be pressed gradually from its free end 50.1 on the fixed electrode 51.
- the movable electrode 50 is oriented substantially perpendicular to the axis of rotation 2.
- the Progressive plating phenomenon between the movable electrode 50 and the fixed electrode 51 is known by the name of "zipping effect".
- An electrically insulating layer (not visible in the figures) is generally interposed between the fixed electrode 51 and the moving electrode 50 to prevent the appearance of short circuits.
- the movable electrode 50 generally comprises a body 50.2 which ends with a primer 50.3 at its free end 50.1. The width of the primer 50.3 is greater than the width of the body 50.2 of the moving electrode 50.
- the addressing means apply an addressing signal, namely an actuating voltage between the moving electrode 50 and the fixed electrode 51, as long as this voltage is lower than the threshold voltage Vc, the electrode mobile 50 begins to approach the fixed electrode 51.
- the actuation voltage reaches the value Vc, a portion of the movable electrode 50 substantially corresponding to the primer 50.3 is reached. to stick on the fixed electrode 51.
- the movable portion 1 inclines at an angle ⁇ relative to the position it had at rest before the application of the actuating voltage. This angle is greater than a minimum angle ⁇ min whose meaning will be given later.
- the angle of inclination ⁇ of the movable part 1 and therefore of the reflecting zone 7 is substantially proportional to the actuation voltage applied between the fixed electrode 51 and the moving electrode 50.
- FIG. 2C represents the response curve (rotation angle ⁇ as a function of the operating voltage V applied between the fixed electrode 51 and the moving electrode 50) of such a micro-mirror.
- the actuating voltage can be reduced for the same angle of rotation.
- the force developed by the displacement of the moving part is inversely proportional to the square of the distance separating the moving electrode from the fixed electrode. But this distance is very small in the vicinity of the plated part of the moving electrode. This force is therefore very important in the range of use of the micro-mirror. This distance is at least equal to the thickness of the dielectric layer covering the fixed electrode. It is thus possible to rotate the moving part with angles of the order of 10 degrees with a moderate voltage typically less than about 100 V.
- the moving electrode In the rest position, the moving electrode must not be too far from the electrode fixed (a few micrometers to a few tens of micrometers) to limit the operating voltage, because the electrostatic force generated during the application of the operating voltage decreases rapidly when the distance between the two electrodes increases.
- a first disadvantage of such a device is that the moving part can not move in rotation on either side of the movable part.
- Another disadvantage of this type of actuation is that the moving part can not take certain orientations, these orientations correspond to angles ⁇ strictly included between 0 and ⁇ min.
- the axis of rotation 2 is offset with respect to the geometrical center of the mobile part 1.
- the offset is made so as to bring it closer to the moving electrode 50.
- This feature makes it possible to increase the travel of the movable part 1 while pushing the moment when it comes into abutment with the fixed part 4 which supports the fixed electrode 51. But, even with this feature, the movable part 1 always has a limited movement. There is a tendency to reduce the size of the moving part 1, but it is necessary to find a compromise between movement and size of the reflecting zone 7, the latter must have a size appropriate to the optical function that it must fulfill. It is often desirable for the reflecting zone 7 to have a span of between a few hundred micrometers and a few millimeters.
- control means are intended to deform the micromirror and not to move it in rotation.
- a micro-mirror whose electrical control means for the rotation comprise several pairs of interdigital electrodes 7.1, 7.2 in the form of combs.
- one of the comb electrodes 7.2 is secured to the fixed part 4.
- the other electrode 7.1 is secured via a hinge 8.1 of an arm 8 which is derived from the mobile part 1.
- This arm 8 is parallel to the torsion arm 3 secured to the fixed part 4 which contributes to materialize the axis of rotation.
- This type of actuation is very effective in the oscillating mode, thanks to the phenomenon of mechanical resonance, but is not well suited to operate in the static or quasi-static mode. In the static or quasi-static mode, this type of actuation is more efficient than the conventional electrostatic actuation but remains insufficient to obtain large angles of rotation.
- the movable interdigital electrode is integral with an arm 8 which is not the torsion arm has the disadvantage of moving the interdigitated electrode away from the axis of rotation and thus reducing the maximum deflection for an actuation voltage given.
- EP 1 193 528 and US 6,115,231 show a micro-mirror and a micro-relay, respectively, comprising a fixed electrode and a moving electrode.
- the object of the present invention is to propose a micro-mirror or a micro-lens capable of taking one or more static or quasi-static rotational positions that do not have the above limitations and difficulties. These limitations also applied to micro-lenses.
- an object of the invention is to provide a micro-mirror or a micro-lens capable of moving in rotation with a large amplitude and which can take a precise fixed position while maintaining a reduced actuation voltage.
- Another object of the invention is to provide a micro-mirror or a micro-lens which can take an angle of inclination in a wide range of angles, this range being continuous and extending on both sides its rest position corresponding to a zero inclination angle.
- Another object of the invention is to provide a micro-mirror or a micro-lens capable of taking a position which is not likely to introduce a vertical component to the movement of the central part of the reflecting zone of the micro-mirror or the refractive zone of the micro-lens, this central zone being generally that on which a light beam is reflected or transmitted.
- Another object of the invention is to provide a micro-mirror or a micro-lens whose movable portion is larger than in conventional micro-mirrors or microlenses.
- the present invention provides a micro-mirror or a micro-lens comprising a movable part with a reflective zone or a refractive zone respectively, a fixed part, means for connecting the moving part to the fixed part showing an axis of rotation contained in the movable portion, substantially parallel to a main plane of the movable portion, and electrical control means of the rotation of the movable portion about the axis.
- the electrical control means comprise two or more actuators, each formed of a fixed electrode integral with the fixed part and of a mobile electrode provided with a free end and an end connected to an arm.
- the mobile electrode being adapted to progressively tap on the fixed electrode from its free end when an actuating voltage is applied between the two electrodes of one of the actuators, the plating being done on a variable surface depending on the voltage applied between the electrodes of the actuator, the actuators being disposed on either side of the axis.
- the moving part can move in rotation with a maximum amplitude double that existing in the configuration described in document [1].
- An amplitude greater than about plus or minus 10 degrees can be obtained, more than 20 degrees total.
- the connecting means of the mobile part to the fixed part may be two torsion arms from of the movable part whose ends are connected to the fixed part.
- the axis can pass through the geometric center of the moving part, which avoids introducing a vertical component to the movement of the central zone of the movable part.
- a driving arm is offset relative to a torsion arm. But it is particularly advantageous to increase the travel that a torsion arm and a drive arm are in the extension of one another.
- At least one torsion arm has a cross section smaller than that of a drive arm.
- several mobile electrodes can be connected to the same drive arm.
- each drive arm may be integral with a single movable electrode.
- a moving electrode to be wound on itself, its free end being in a central zone of the winding.
- a rectilinear moving electrode configuration is also possible.
- a movable electrode configuration which makes it possible to reduce the voltage necessary to obtain the plating of the moving electrode on the fixed electrode of an actuator is that the moving electrode comprises a body of substantially constant width extending by a primer at level of its free end, the width of the primer being greater than that of the body.
- the fixed part may comprise a base and amounts on which support the connecting means of the movable part to the fixed part, the movable part being suspended above the base.
- the base may comprise a recess facing the movable portion which is then suspended above the recess.
- the fixed electrodes can be covered with a dielectric material.
- the control means may comprise addressing means capable of applying an actuating voltage to the moving electrodes and / or to the fixed electrodes of an actuator.
- the operating voltage may be a DC voltage superimposed on a variable control voltage.
- At least one fixed electrode of an actuator to be split up into two portions, one end portion of which, these two portions being isolated from one another, the means of addressing being able to apply a DC voltage to the end portion and a variable control voltage to the other portion.
- the DC voltage may be a minimum voltage to maintain a plating of the free end of the moving electrode of the actuator on the fixed electrode.
- control voltage applied to an actuator on one side of the axis When the control voltage applied to an actuator on one side of the axis is non-zero, the control voltage applied at the same time to an actuator located on the other side of the axis may be zero.
- isolation trenches can be made in step a) in the superficial layer and in the upper insulating layer at the first region of the fixed part and the first region of the moving part. and in the intermediate layer during step d) at the level of movable electrodes and the second region of the movable portion for electrically isolating the moving electrodes upon application of the actuating voltage to a moving electrode via the first region of the fixed portion and the first region of the movable portion .
- Step b) may include etching the recess in a central portion of the recessed portion.
- Step b) may be followed by a step of producing a layer of insulating material on the second etched substrate.
- the second region of the moving part can directly make the reflecting zone of the micro-mirror or a metallization step of the second region of the moving part can be provided to realize the reflecting zone of the micro-mirror.
- micro-lens it is possible to engrave the mobile part in the form of a frame during step b).
- the second insulating layer may be removed.
- the thickness of the superficial layer is chosen to be greater than the intermediate layer so as to obtain suitable torsion characteristics for the torsion arms.
- the first substrate may advantageously be a double SOI substrate and comprise next to the second insulating layer is a base semiconductor layer which is removed after the two substrates have been assembled.
- the micro-mirror or the micro-lens comprises a movable portion 10 and a fixed portion 14.
- the movable portion 10 generally takes the form of a plate or a frame respectively. It is intended to be rotated about an axis 12.
- the axis passes through the movable portion 10 and is substantially parallel to a main plane of the movable portion 10. Connecting means 13 of the movable portion 10 to the fixed part 14 materialize this axis 12.
- These connecting means can take the form of two torsion arms 13 from the movable portion 10 and which have an end 11 secured (for example by embedding) of the fixed portion 14 at uprights 15
- the two torsion arms 13 are in the extension of one another.
- the uprights 15 of the fixed part 14 rest on a base 16 which extends under the moving part 10.
- the mobile part 10 is thus suspended above the fixed part 14 at its base 16.
- the movable part 10 comprises main faces, one of which is turned towards the fixed part 14 at its base 16 and the other end of which has a reflecting zone 17 (hatched in Figure 4) for reflecting light in the case of a micro-mirror.
- the reflective zone 17 is shown as occupying only partially the face of the moving part 10 but it could occupy it completely.
- the zone 17 represents a refractive zone, it may be a lenticular refracting piece fixed, for example by gluing, to the frame 10.
- the axis 12 may pass through the geometric center of the movable part 10.
- the micro-mirror or the micro-lens also comprises electric control means 18 for the rotational displacement of the mobile part 10.
- These means 18 comprise at least two actuators 19 with "zipping effect” and addressing means (not visible in Figure 4) of these actuators.
- actuator 19 zipping effect means an actuator formed of a pair of electrodes 20, 21 with a fixed electrode 20 and a movable electrode 21 having a free end 21.1, the movable electrode 21 being intended to come to press on the fixed electrode 20 from its free end 21.1, the plating being done on a variable surface according to a voltage applied between the two electrodes.
- the moving electrode 21 is therefore flexible.
- the fixed electrode 20 of the actuators 19 is secured to the fixed portion 14 at the base 16. It is not visible in Figure 4, it is hidden by the movable electrode 21. It is visible in Figure 5B .
- the movable electrode 21 of the actuators 19 is secured at its other end to an arm drive 23 which is derived from the movable portion 10 and which is directed substantially parallel to the axis of rotation 12. This drive arm 23 is sufficiently rigid. Thus the movable electrode 21 is no longer directly attached to the movable portion 10 as in the examples of Figures 2, it is shifted.
- the free ends 21.1 of the movable electrodes 21 of the two actuators 19 are located on either side of the axis of rotation 12.
- the actuators 19 are therefore arranged on either side of the axis 12
- each of the actuators 19 can drive the moving part 10 in one direction or the other, which makes it possible to increase its travel compared with the example of FIGS. else of the rest position (zero angle) can be obtained with an operating voltage typically less than 100V.
- the actuators 19 can be addressed or actuated either separately or simultaneously as will be seen later.
- the movable portion 10 may have a span between a few hundred micrometers and a few millimeters and a thickness of about a few tens of micrometers. It must have sufficient rigidity so that the reflecting or refracting zone 17 that it carries remains as stable as possible so as to maintain its optical quality whatever the conditions and especially during acceleration. These dimensions are not limiting of course.
- the movable electrode 21 may take the form from the drive arm 23, a substantially rectilinear body 21.2 of substantially constant width terminating at its free end 21.1 by an end portion 21.3 which may be of the same width that the body 21.2 or advantageously that can be wider. In the latter case the end portion 21.3 can be qualified as a primer. This primer 21.3 is visible in FIG. 5A.
- the fixed electrode 20 it can have any shape insofar as the mobile electrode 21 can be pressed on it.
- the primer 21.3 serves to reduce the threshold voltage of attraction Vc as well as the cutoff threshold voltage Vd.
- the actuator When the actuator is at rest, it is not subjected to any actuating voltage. Its mobile and fixed electrodes 20, 21 are separated by a space 25 which can be full of a gas (air or other) or which can be empty. This inter-electrode gap 25 is illustrated in FIG. 5B. This space 25 may be delimited by a cavity that contribute to form the amounts in the form of a frame as will be seen later.
- this space 25 It is preferable to place in this space 25 a layer of dielectric material 24 interposed between the fixed electrodes 20 and the moving electrodes 21 to avoid a short circuit when a movable electrode 21 comes into contact with a fixed electrode 20.
- This dielectric layer 24 is visible in FIG. 5B, it covers the fixed electrodes 20.
- the thickness of the dielectric layer 24 is between a minimum value and a maximum value. The minimum value is determined by the breakdown of the insulator subjected to an electric field generated by a given actuation voltage applied between the two electrodes of an actuator. The maximum value is determined by the maximum distance by which the two electrodes of an actuator can be located when the moving part 10 is in the rest position without the attraction force being too low for a given actuating voltage . For example, for an actuating voltage of 100 V, the minimum thickness of the dielectric layer 24 (made for example of oxide or nitride of a semiconductor material, silicon for example) will be about 0.2 micrometer .
- the movable electrode 21 may have a length of between a few tens of micrometers and a few millimeters, a thickness of between a few tenths of micrometers and a few micrometers, and a body width 21.2 much greater than its thickness.
- the thickness makes the movable electrode 21 sufficiently flexible in a direction substantially perpendicular to the surface of the base 16. If there is a primer 21.3, the latter is larger than the width of the body 21.2.
- the inter-electrode gap may be from a few micrometers to a few tens of micrometers.
- the base 16 comprises facing the mobile part 10 a recess 26.
- the movable portion 10 is able to enter the recess 26 when the movable portion 10 takes a sloped position with a large angle. The taking of an inclined position with such an angle of inclination would not be possible in the absence of the recess 26 because the movable portion 10 would hit the base 16.
- the fixed electrodes 20 are located on the base 16 to the outside of the recess 26 so as to maintain the relatively low inter-electrode space 25 in the rest position of the actuators.
- the depth of the recess is chosen to be sufficient for the mobile part to be inclined at an angle ⁇ max without striking the base 16.
- the angle ⁇ max corresponds to the maximum angle taken by the moving part when the addressing means (described later) deliver a maximum operating voltage.
- the recess 26 may be a hole through the base 16 or only a blind hole in the base 16. If it is a through hole, it may be made from the face of the base 16 intended to receive the fixed electrodes 20 (this face is said front face) or from the other face of the base 16 which is called back face. This recess 26 will rather be achieved by wet etching than dry etching in the material of the base 16 which is generally a semiconductor material.
- the distance d between the axis of rotation 12 and the fixed part 14 at the level of the plating surface must be relatively large (for example greater than about 50 micrometers) if it is desired to large inclination angle (eg greater than 5 °).
- the uprights supporting the torsion arms 13 take the form of a frame 15.1 which surrounds the mobile part 10 and the actuators 19 and which is integral with the base 16.
- This variant is shown in Figures 5A and 5B.
- This frame 15.1 can contribute to delimiting a cavity. It is preferred to limit the area occupied by this cavity so as to facilitate a step of sealing two substrates, which will be described later in the description of an exemplary method for producing a micro-mirror or a micro-lens. according to the invention.
- the driving arms 23 may be distinct from the torsion arms 13 as in FIG. 4. In this configuration, a torsion arm and a driving arm situated on one and the same side of the movable part are offset relative to one another. to the other. This is not of course an obligation as illustrated in Figure 5A. In this figure, the drive arm 23 is closer to the movable portion 10 than is the torsion arm 13 which extends it. Subsequently, unless otherwise indicated, it is considered that a drive arm 23 and a torsion arm 13 are in the extension of one another.
- connection of the movable electrodes 21 to the drive arms 23 is as close as possible to the axis of rotation 12 so as to allow a large clearance of the movable portion 10 while maintaining the inter-electrode space Actuators 19 relatively low.
- the actuators 19 can be located on either side of the movable part 10, but this is not an obligation, one could consider having only one pair of actuators 19 with the actuators 19 located on the same side of the movable part 10. Referring to FIG. 5A, only two of the four actuators shown could be represented, for example those corresponding to the section of FIG. 5B.
- the torsion arms 13 are in the extension of the driving arms 23.
- a torsion arm 13 has a cross section smaller than that of a driving arm 23; cross section gives it some flexibility in torsion.
- the drive arm 23 has a larger cross section to remain rigid during training.
- the dimensioning of the torsion arms 13 can be optimized so that they are sufficiently flexible in torsion and sufficiently stiff in vertical flexion. They are advantageously relatively thick and their width will be less than their thickness. If the torsion arm 13 is not rigid enough in vertical bending, the actuator 19 will tend to pull the movable portion 10 down rather than rotate it. The movement of the mobile part 10 may then not be a pure rotation, which can give a lateral translational movement to a reflected or transmitted light beam resulting from an incident light beam on the reflective or refractive zone 17.
- Figs. 6A, 6B and the graph of Fig. 6C It is assumed that in this first mode of operation, the actuators 19 located on either side of the axis 12 are actuated separately.
- Addressing means 27 actuate either one or more actuators located on one side of the axis 12, or one or more actuators located on the other side of the axis 19.
- a first addressing signal namely an actuating voltage V1 between the two fixed and movable electrodes 20 of one of the actuators 19 (or several actuators located in the same position).
- V1 an actuating voltage between the two fixed and movable electrodes 20 of one of the actuators 19 (or several actuators located in the same position).
- the mobile part 10 and therefore the reflective or refractive zone 17 has turned abruptly by an angle ⁇ greater than + ⁇ min (+ ⁇ min represents the minimum angle of inclination taken by the mobile part 10 with respect to its position of rest).
- the edge of the movable portion 10 being on the same side of the axis (that is to say the torsion arm 13) that the movable electrode 21 which is pressed against the fixed electrode 20, is lowered and the opposite edge rises.
- the movable electrode 21 is more and more plate on the fixed electrode 20. There is propagation of the plating towards the drive arm 23. The plating surface is close to the arm 23.
- the movable part 10 inclines more and more until reaching an angle + ⁇ max which corresponds, in a favorable case, to a position in which the entire movable electrode 21 is pressed onto the fixed electrode. 20 if the movable portion 10 does not strike before the bottom of the recess 26.
- the angle ⁇ max corresponds in the best case to the angle taken by the moving part when the addressing means apply the maximum addressing voltage.
- the moving part 10 adopts the same behavior as before but in opposite direction, the movable electrode 21 gradually separates from the fixed electrode 20.
- the operating voltage V1 reaches the threshold voltage Vd detachment, only the end 21.1 of the movable electrode 21 remains plated on the fixed electrode 20.
- the angle ⁇ decreases. It is when this voltage Vd is applied that the mobile part 10 takes the position + ⁇ min. This voltage Vd is lower than the voltage Vc.
- the movable electrode 21 is detached from the fixed electrode 20 and the movable portion 10 resumes its substantially horizontal rest position. The actuating voltage V1 is then canceled.
- the addressing means 27 apply a second addressing signal to actuate the and / or other actuators 19 located on the other side of the axis 12 (left in the figures) namely a V2 actuating voltage (not shown) the movable portion 10 tilts in the opposite direction.
- the inclination is made from an angle ⁇ greater than - ⁇ min to an angle - ⁇ max plus the actuating voltage V2 is increased.
- the actuation voltage V2 is decreased, the inclination angle ⁇ decreases until it reaches - ⁇ min.
- the mobile part 10 can then move in rotation in two ranges of angles [- ⁇ max, - ⁇ min] and [+ ⁇ min, + ⁇ max] disjoint and / or take a fixed position in these beaches.
- the range of angles [- ⁇ min, + ⁇ min] can not be explored. It is not possible to obtain a continuous scan of the mobile part 10 in the range of angles [- ⁇ min, + ⁇ min]. This last beach is not exploitable for the mobile part 10.
- V1 and V2 are never different from zero together.
- the electrodes of an actuator begin to approach each other, the inclination of the mobile part is small but not zero. It would of course be possible for the addressing means 27 to simultaneously actuate actuators 19 located on either side of the axis 12.
- FIG. 7 shows a second mode of operation of the micro-mirror or the micro-lens according to the invention.
- the addressing means 27 now apply a first actuating voltage V1 to the electrodes 20, 21 of one or more actuators 19 located on one side of the axis 12 (in the example on the right) and simultaneously a second voltage V2 actuating the electrodes 20, 21 of one or more actuators 19 located on the other side of the axis 12 (eg left).
- V1 actuating voltage
- V2 actuating voltage
- the moving part 10 take all the possible inclinations lying in the angle range [- ⁇ max, + ⁇ max].
- the mobile part 10 can be animated with a sweeping movement in rotation between - ⁇ max, + ⁇ max.
- the control voltages V1 'and V2' are never zero at the same time. Suppose we want to rotate the moving part to the right. If V1 'is non-zero, the bonding of the moving electrode propagates to the right and the moving part turns to the right. But if at the same time, V2 'is also non-zero, the collage will also propagate on the left which opposes the rotation of the moving part to the right.
- the control voltages V1 'and V2' may be indifferently positive or negative.
- the addressing means 27 of the actuators 19 may act either at the fixed electrodes 20 or at the mobile electrodes 21 or at the two fixed electrodes 20 and mobile 21 but it is more complicated. Unaddressed electrodes are at ground potential. Since the actuation of the actuators on one side of the axis is independent of that on the other side of the axis, this implies that the fixed or moving electrodes 20 located on one side of the axis 12 electrically isolated from those located on the other side of the axis 12.
- This insulation can be done conventionally by depositing separate conductive tracks without connection, by isolation trenches, for example air trenches or trenches filled with a dielectric material in conductive zones, by ion implantation of doping zones opposite to that of the substrate in which these zones are implanted.
- conductive tracks joining them can be made on the base (not shown), under the dielectric layer 24, the mobile electrodes 21 being kept at the same potential (generally the ground potential) .
- the fixed electrodes 20 can be maintained at the same potential. In this case, the fixed electrodes 20 may be merged and form a single fixed electrode as will be seen later.
- FIG. 8B represents the response curve (rotation angle ⁇ as a function of the actuating voltages V1 'and V2' applied to the actuators right and left respectively of the micro-mirror or the micro-lens shown in Figure 8.
- the variation of the inclination angle is linear and continuous between - ⁇ max, + ⁇ max.
- Such a micro-mirror or such a micro-lens is particularly well adapted to a use in static or quasi-static mode with a frequency much lower than the mechanical resonance frequency with a large amplitude.
- use in resonant mode is possible if the operating voltages of the actuators are alternating (for example sinusoidal) substantially at the resonance frequency.
- Figure 9 shows a configuration variant for the fixed and movable electrodes 21 of an actuator 19 of a micro-mirror. It could of course be a micro-lens.
- the movable electrode 21 having a rectilinear body 21.2 with, if appropriate, a primer 21.3, it is possible for the electrode to be wound on itself substantially in a spiral, the free end 21.1 or the primer 21.3, if it exists, lying substantially in the center of the winding.
- This variant is illustrated in FIG. 9.
- the micro-mirror is thus more compact than with rectilinear moving electrodes 21. It would be the same for the micro-lens.
- the addressing means apply appropriate voltages on the moving electrodes of the actuators to move the moving part in rotation while the fixed electrodes are brought to a constant voltage. (usually the mass).
- a constant voltage usually the mass.
- the semiconductor substrates are conductive.
- a first substrate 100 is used formed of a base layer 101 of semiconductor material, for example silicon, covered with a sandwich 102 formed by two insulating layers 102.1, 102.2 (for example made of silicon oxide) located on either side of an intermediate layer 102.3 of semiconductor material (for example silicon), the sandwich 102 itself being covered by a surface layer 103 of semiconductor material (for example silicon).
- This substrate is illustrated in FIG. 11A.
- the insulating layer referenced 102.1 is the lower layer of the sandwich and the layer 102.2 is the upper layer of the sandwich.
- Such a substrate 100 may be a double SOI substrate (for Silicon on Insulator).
- the surface layer 103 is thicker than the intermediate layer 102.3.
- the layers of semiconductor material 101, 102.3, 103 are conductive.
- micro-mirror or micro-lens is similar to that of Figures 5A, 5B, the drive and torsion arms are end to end.
- a photolithography step defines the pattern of a first region of the fixed part 14, namely the frame 15.1 or the uprights, of a first region of the mobile part 10, of a first region of the torsion arms. 13 and drive 23. These different elements are then etched in the superficial layer 103 and in the upper insulating layer 102.2 ( Figure 11B).
- This etching step may be a dry etching step.
- the first regions are thus formed of the semiconductor material of the upper surface layer and the material of the insulating layer. If a micro-mirror is made, the moving part 10 remains full, whereas if a micro-lens is made, the moving part 10 is engraved like a frame with a central recess. This frame engraving is outlined in dotted lines in FIG. 11B.
- the moving electrodes of the actuators will be made in the intermediate layer 102.3 later.
- the torsion arms, the frame and the moving part will be used to route the addressing signals to the moving electrodes of the actuators. These addressing signals propagate in the frame and the torsion arms from contact pads carried by the frame and made subsequently.
- One of the torsion arms will be used for the addressing of the actuators located side of the axis and the other torsion arm for addressing the actuators located on the other side of the axis.
- the addressing signals for the moving electrodes on one side of the axis not to propagate to the moving electrodes on the other side of the axis that they must receive other addressing signals, in the superficial layer 103 and also in the upper insulating layer 102.2 (FIG.
- insulating trenches 104 are produced at the frame 15.1 and an isolation trench 106 at the first region of the mobile part 10. These trenches may be air trenches or may be subsequently filled with dielectric material. If instead of having a frame, two amounts are provided as in Figure 4, the latter are electrically isolated by their configuration.
- the isolation trenches 104 cut the frame 15.1 in two parts 105.1, 105.2, one 105.1 having to bear one of the contact pads transmitting one of the addressing signals and the other part 105.2 to carry the other transmitting contact pad the other addressing signal. The pads are not visible at this stage (FIG. 11C).
- the surface layer 103 corresponding to the first region of the movable part 10 is separated into two parts 107.1, 107.2 by the isolation trench 106.
- One of the torsion arms originates from one of the parts 107.1 and the other of the other part 107.2.
- the isolation trench 106 is directed in its majority along the axis of rotation 12. The isolation trench 106 is visible in FIG. 11C.
- a first recessed portion 201 is etched, which will contribute to forming the space Between fixed and movable electrodes actuators and possibly a second recessed portion 202 which will form the recess 26 to be located under the movable portion 10.
- the first recessed portion 201 is shallower than the second recessed portion 202.
- the second recessed portion 202 is located in a central zone of the first recessed portion 201. This etching may be a dry etching.
- the second substrate 200 thus etched will materialize the fixed electrodes 20 which are then combined for all the actuators.
- the fixed electrodes are thus included in the base.
- the second substrate 200 thus etched is then covered with a layer of insulating material 203, for example silicon nitride or an oxide (FIG. 11D).
- the layer of insulating material 203 materializes the insulating layer 24 inserted between fixed and movable electrodes 20.
- the two substrates 100, 200 are then fixed together by placing the first recessed portion 201 opposite the etched surface layer 103 (FIG. 11E).
- This fixation can be done by a method of molecular adhesion after preparing the surfaces to be assembled in a suitable manner.
- a method of molecular adhesion is known by the acronym SDB abbreviation Anglo-Saxon Silicon Direct Bonding.
- the second recessed part 202 is opposite with the first region of the movable part 10.
- the base layer 101 and the lower insulation layer 102.1 of the sandwich 102 of the first substrate 100 are removed by, for example, rough mechanical rectification followed by wet etching of the silicon.
- the intermediate layer 102.3 and the upper insulating layer 102.2 will then be etched to access the surface layer 103 so as to delimit contact pads.
- the zones thus etched are referenced 108 in FIG. 11G.
- Ground holes 103 are also etched in the superficial layer 103, which will be used, once metallized, to make resumptions of contact between the moving electrodes and the parts 107.1 and w1.07.1 of the first region of the moving part. 10.
- These vias 109 are dug in the torsion arms 13 in an area where they project from the movable portion 10 but other locations would be possible.
- metal is deposited so as to make the contact pads 110 and the contact resets 111 in the etched areas 108 and the vias 109 ( Figure 111).
- the deposited material may be tungsten, aluminum or any other metal or alloy conventionally used.
- FIGS. 11J and 11K show, in section and in plan view respectively, the result of an etching step in the intermediate layer 102.3 which aims to delimit the contour of the moving electrodes 21 with their primers 21.3 and their bodies 21.2, a second region of the movable portion 10, a second region of the torsion arms and drive arms (which are merged).
- the second region of the moving part, the second region of the torsion arms, the second region of the driving arms are thus formed in the semiconductor material of the intermediate layer 102.3.
- the first and second regions of the movable portion, torsion arms and drive arms are superimposed and thus form a stack of the surface layer of the upper insulating layer and the intermediate layer.
- an isolation trench 112 is provided between two mobile electrodes located on either side of the axis 12 and which are integral with the same torsion arm 13 and an isolation trench 113 between the mobile part 10 and the moving electrodes 21.
- Figure 11L is a section of the micro-mirror or micro-lens in a plane AA of Figure 11J. With reference to FIG. 11C, there are the contact pads 110 and the contact pickups 111.
- the reflecting zone 17 of the micro-mirror may be made by the semiconductor material of the intermediate layer 102.3 located at the second region of the mobile part 10 if it has sufficient reflectivity.
- micro-lens it is possible to relate, for example by gluing, a lenticular refractive pellet 17 to the frame forming the mobile part 10. It is assumed that this pellet is sketched in FIG. 11K. Area 17 could also represent the reflecting zone of the micro-mirror.
- micro-mirrors are conceivable.
- the number of actuators is not limited to two or four as illustrated. This number can be arbitrary, there is at least one actuator on one side of the axis and at least one actuator on the other side.
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Abstract
Description
La présente invention concerne un micro-miroir ou une micro-lentille actionnable électriquement en rotation. Les micro-miroirs et les micro-lentilles issus des techniques de micro-usinage de matériau semi-conducteur présentent un grand intérêt pour la réflexion ou la transmission d'un faisceau lumineux grâce à la combinaison de leur rapidité, de leur précision, de leur faible consommation énergétique et de leur coût relativement faible.The present invention relates to a micro-mirror or a micro-lens operable electrically in rotation. Micro-mirrors and micro-lenses resulting from micromachining techniques of semiconductor material are of great interest for the reflection or the transmission of a light beam thanks to the combination of their speed, their precision, their low energy consumption and their relatively low cost.
De tels micro-miroirs ou micro-lentilles peuvent fonctionner dans deux modes différents qui sont le mode statique ou quasi statique et le mode oscillant. Les micro-miroirs comportent une partie mobile, généralement en forme de plateau, dotée d'une zone réfléchissante. Les micro-lentilles comportent une partie mobile ajourée (c'est à dire en forme de cadre) sur laquelle est fixée une pièce lenticulaire réfringente formant une zone réfringente.Such micro-mirrors or microlenses can operate in two different modes which are the static or quasi-static mode and the oscillating mode. The micro-mirrors comprise a movable part, generally in the form of a plateau, provided with a reflecting zone. The microlenses comprise a perforated mobile part (that is to say in the form of a frame) on which is fixed a refracting lenticular piece forming a refractive zone.
Dans le premier mode, la partie mobile peut prendre des positions dans lesquelles elle est inclinée avec un angle fixe par rapport à une position de repos ou elle peut se déplacer en rotation, son mouvement ayant une fréquence très petite devant sa fréquence de résonance. Dans ce premier mode le faisceau lumineux réfléchi ou transmis selon qu'il s'agit d'un micro-miroir ou d'une micro-lentille est pointé vers un dispositif utilisateur et le domaine d'application est par exemple les systèmes de routage optique ou les systèmes de projection d'image.In the first mode, the moving part can take positions in which it is inclined at a fixed angle with respect to a rest position or it can move in rotation, its movement having a very small frequency in front of its resonant frequency. In this first mode, the reflected or transmitted light beam according to whether it is a micro-mirror or a micro-lens is pointed towards a user device and the field of application is, for example, optical routing systems or image projection systems.
Dans le second mode de fonctionnement, la partie mobile oscille à sa fréquence de résonance, le faisceau lumineux réfléchi ou transmis réalise un balayage périodique avec une amplitude augmentée par le phénomène de résonance mécanique. Le domaine d'application est par exemple les scanners dans les imprimantes ou les lecteurs de codes-barres. Dans ce mode de fonctionnement, les micro-miroirs peuvent également être utilisés dans de nouvelles applications telles les affichages par balayage de faisceau lumineux sur la rétine ou les microscopes confocaux endoscopiques.In the second mode of operation, the mobile part oscillates at its resonance frequency, the reflected or transmitted light beam performs a periodic scan with an amplitude increased by the mechanical resonance phenomenon. The field of application is, for example, scanners in printers or barcode readers. In this mode of operation, the micro-mirrors can also be used in new applications such as the light beam scanning displays on the retina or the endoscopic confocal microscopes.
De tels micro-miroirs ou micro-lentilles comportent classiquement une partie mobile, généralement en forme de plateau, dotée d'un plan principal et possédant au moins une zone réfléchissante pour le micro-miroir et une zone réfringente pour la micro-lentille, une partie fixe, des moyens de liaison de la partie mobile à la partie fixe matérialisant un axe sensiblement parallèle au plan principal, des moyens de commande électrique de la rotation de la partie mobile autour de l'axe.Such micro-mirrors or microlenses conventionally comprise a mobile part, generally in the form of a plateau, provided with a main plane and having at least one reflecting zone for the micro-mirror and a refractive zone for the micro-lens, a fixed part, connecting means of the movable part to the fixed part embodying an axis substantially parallel to the main plane, electrical control means of the rotation of the movable portion about the axis.
La qualité optique des micro-miroirs dépend essentiellement de la planéité de leur zone réfléchissante. Celle des micro-lentilles dépend de la précision de la forme de la lentille, forme proche d'une sphère par exemple.The optical quality of the micro-mirrors depends essentially on the flatness of their reflecting zone. That of microlenses depends on the precision of the shape of the lens, shape close to a sphere for example.
La partie mobile des micro-miroirs comporte généralement un plateau micro-usiné en matériau semi-conducteur formant la zone réfléchissante ou recouvert d'au moins une couche réfléchissante et éventuellement d'une couche de protection. Pour les micro-lentilles, la partie mobile comporte un plateau ajouré soutenant une pièce réfringente lenticulaire. Les déformations de surface peuvent être induites par des éléments se trouvant sous la zone réfléchissante ou sous le plateau ajouré soutenant la pièce lenticulaire. Ces éléments, comme des électrodes, sont bien souvent utilisés pour engendrer le déplacement de la partie mobile, les contraintes dans la ou les couches superficielles de la partie mobile (par exemple la couche métallique réfléchissante ou la couche de protection) et les déformations dynamiques qui se produisent pendant le déplacement de la partie mobile.The mobile part of the micro-mirrors generally comprises a micro-machined plate of semiconductor material forming the reflective zone or covered with at least one reflective layer and optionally a protective layer. For microlenses, the mobile part comprises a perforated plate supporting a lenticular refracting piece. The surface deformations may be induced by elements lying under the reflective zone or under the perforated plate supporting the lenticular piece. These elements, like electrodes, are very often used to generate the displacement of the mobile part, the stresses in the surface layer or layers of the mobile part (for example the reflective metal layer or the protective layer) and the dynamic deformations which occur during moving of the moving part.
L'utilisation du silicium monocristallin d'épaisseur de quelques dizaines de micromètres permet d'obtenir des parties mobiles ayant une planéité satisfaisante. Une telle gamme d'épaisseurs permet d'éviter les déformations engendrées par une accélération lors d'un mouvement ou par les contraintes apportées par la ou les couches superficielles.The use of monocrystalline silicon with a thickness of a few tens of micrometers makes it possible to obtain moving parts having a satisfactory flatness. Such a range of thicknesses makes it possible to avoid the deformations generated by an acceleration during a movement or by the stresses provided by the surface layer or layers.
La taille de la zone réfléchissante doit être suffisante pour limiter l'effet de diffraction du faisceau lumineux sur son ouverture. On utilise typiquement des micro-miroirs de plus de 500 micromètres d'envergure. Bien sûr de telles dimensions ne sont pas limitatives, elles dépendent en fait de l'application. Ces contraintes sur les dimensions sont applicables aux micro-lentilles.The size of the reflective zone must be sufficient to limit the diffraction effect of the light beam on its opening. Micro-mirrors typically larger than 500 micrometers are typically used. Of course such dimensions are not limiting, they actually depend on the application. These dimensional constraints are applicable to micro-lenses.
Ces micro-miroirs ou ces micro-lentilles sont donc destinés à se déplacer en rotation autour d'un axe sensiblement parallèle à leur plan principal. Deux ou plusieurs micro-miroirs peuvent être utilisés dans un même montage pour défléchir plusieurs fois le faisceau lumineux. Les mêmes remarques s'appliquent aux micro-lentilles.These micromirrors or microlenses are therefore intended to move in rotation about an axis substantially parallel to their main plane. Two or more micro-mirrors can be used in the same assembly to deflect the light beam several times. The same remarks apply to micro-lenses.
On connaît des micro-miroirs actionnables en rotation par effet électrostatique comme celui illustré aux figures 1A, 1B. La partie mobile 1 est montée sur un axe de rotation 2 matérialisé par deux bras de torsion 3 alignés issus de la partie mobile 1 et dont les extrémités sont solidaires d'une partie fixe 4. La partie mobile 1 fait face à la partie fixe 4 tout en étant à distance en position de repos, elle est matérialisée par les pointillés sur la figure 1A. Elle est suspendue au-dessus de la partie fixe 4 par les bras de torsion 3. Des moyens de commande électrique 5 pour déplacer en rotation la partie mobile 1 sont prévus. Ils comportent une électrode mobile 5.1 et deux contre-électrodes fixes 5.2. La face de la partie mobile 1 qui se trouve face à la partie fixe 4 porte l'électrode mobile 5.1. L'autre face de la partie mobile 1 porte une zone réfléchissante 7. La partie fixe 4 porte les deux contre-électrodes 5.2, 5.2 qui font face à l'électrode mobile 5.1. Les moyens 5 pour commander le déplacement en rotation de la partie mobile 1 comportent également des moyens 5.4 d'adressage (matérialisés par des sources de tension) pour appliquer un signal d'adressage sous la forme d'une tension d'actionnement V1 ou V2 entre l'électrode mobile 5.1 et l'une ou l'autre des contre-électrodes 5.2, 5.3. Lors de l'application d'une telle tension d'actionnement V1 ou V2, une force d'attraction électrostatique F(x) est générée et la partie mobile 1 se déplace en rotation autour de l'axe 2, l'électrode mobile 5.1 étant attirée par la contre-électrode 5.2 ou 5.3 qui a généré la différence de potentiel V1 ou V2.Micro-mirrors actuated in rotation by electrostatic effect are known as that illustrated in FIGS. 1A, 1B. The moving
Un problème posé par l'actionnement électrostatique est que la force de rappel élastique (non représentée), causée par les bras de torsion 3, qui s'oppose au déplacement de la partie mobile est linéaire alors que la force d'attraction électrostatique est quadratique. De plus, lorsque la partie mobile 1 a parcouru environ un tiers de la distance séparant, au repos, l'électrode mobile 5.1 de la contre-électrode 5.2 ou 5.3, la force d'attraction prend le dessus et il se produit un phénomène de plaquage brusque des électrodes lorsque la différence de potentiel dépasse un certain seuil Vc ou tension de « pull in » (littéralement tension seuil d'attraction). Avant que la différence de potentiel n'atteigne la tension de « pull in » la réponse de la partie mobile (c'est à dire l'angle de rotation en fonction de la tension) n'est pas linéaire, ce qui complique la commande.A problem posed by the electrostatic actuation is that the elastic restoring force (not shown), caused by the
En conséquence, la course maîtrisée de l'électrode mobile correspond à une distance largement restreinte par rapport à la distance initiale séparant l'électrode mobile 5.1 des contre-électrodes 5.2, 5.3 en position de repos. Ce phénomène limite le débattement exploitable de la partie mobile 1. Un faible espace au repos entre l'électrode mobile et les contre-électrodes ne permettra qu'une mobilité avec un angle très réduit, et l'aménagement d'un plus grand espace au repos impliquerait l'utilisation d'une tension d'actionnement très importante, ce qui n'est pas souhaitable. De plus, le débattement de la partie mobile est relativement limité.As a result, the controlled travel of the moving electrode corresponds to a distance that is largely restricted with respect to the initial distance separating the moving electrode 5.1 of the counter-electrodes 5.2, 5.3 in the rest position. This phenomenon limits the usable deflection of the moving
Le document [1], dont les références se trouvent en fin de description, montre un autre mode de réalisation d'un micro-miroir rotatif apte à se déplacer dans un seul sens lors de l'attraction entre deux électrodes. Ce mode de réalisation est illustré sur les figures 2A, 2B. Le micro-miroir a sensiblement la même structure que précédemment avec une partie fixe 4, une partie mobile 1 située au repos à distance de la partie fixe 4, dotée d'une zone réfléchissante 7 et d'un axe de rotation 2 matérialisé par deux bras de torsion 3 dont les extrémités sont solidaires de la partie fixe 4 et qui sont issus de la partie mobile 1. La différence avec l'exemple précédent se situe au niveau des moyens de commande électrique 5 de la rotation de la partie mobile 1. Les moyens de commande électrique 5 comportent une électrode mobile 50 issue de la partie mobile 1 et possédant une extrémité libre 50.1 et une électrode fixe 51 portée par la partie fixe 4, en regard de l'électrode mobile 50 en position de repos. L'électrode mobile 50 est solidaire d'un bord de la partie mobile 1. Les moyens de commande électrique 5 comprennent également des moyens d'adressage pour appliquer un signal d'adressage sous la forme d'une tension d'actionnement entre l'électrode fixe 51 et l'électrode mobile 50. Ces moyens ne sont pas représentés pour ne pas surcharger les figures. L'électrode mobile 50 est relativement flexible, elle est destinée à venir se plaquer progressivement, depuis son extrémité libre 50.1 sur l'électrode fixe 51. L'électrode mobile 50 est orientée sensiblement perpendiculairement par rapport à l'axe de rotation 2. Le phénomène de plaquage progressif entre l'électrode mobile 50 et l'électrode fixe 51 est connu sous la dénomination d' « effet zipping ». Une couche électriquement isolante (non visible sur les figures) est généralement interposée entre-l'électrode fixe 51 et l'électrode mobile 50 pour éviter l'apparition de courts-circuits. L'électrode mobile 50 comporte généralement un corps 50.2 qui se termine par une amorce 50.3 au niveau de son extrémité libre 50.1. La largeur de l'amorce 50.3 est plus grande que la largeur du corps 50.2 de l'électrode mobile 50.The document [1], whose references are at the end of the description, shows another embodiment of a rotating micromirror capable of moving in a single direction during the attraction between two electrodes. This embodiment is illustrated in Figures 2A, 2B. The micro-mirror has substantially the same structure as before with a
Au repos l'électrode fixe 51 et l'électrode mobile 50 sont distantes l'une de l'autre. Lorsque les moyens d'adressage appliquent un signal d'adressage à savoir une tension d'actionnement entre l'électrode mobile 50 et l'électrode fixe 51, tant que cette tension est inférieure à la tension seuil d'attraction Vc, l'électrode mobile 50 commence à se rapprocher de l'électrode fixe 51. Lorsque la tension d'actionnement atteint la valeur Vc, une partie de l'électrode mobile 50 correspondant sensiblement à l'amorce 50.3 vient se coller sur l'électrode fixe 51. La partie mobile 1 s'incline d'un angle θ par rapport à la position qu'elle avait au repos avant l'application de la tension d'actionnement. Cet angle est supérieur à un angle minimum θmin dont la signification va être donnée plus loin. Plus la tension d'actionnement augmente entre les deux électrodes 50, 51 plus la longueur de l'électrode mobile 50 plaquée sur l'électrode fixe 51 augmente et plus la partie mobile 1 du micro-miroir se déplace en rotation autour de l'axe 2. L'angle d'inclinaison θ de la partie mobile 1 et donc de la zone réfléchissante 7 est sensiblement proportionnel à la tension d'actionnement appliquée entre électrode fixe 51 et électrode mobile 50. Lorsque la tension d'actionnement décroît, la partie mobile 1 adopte le même comportement que précédemment mais en sens inverse jusqu'à ce que la tension d'actionnement atteigne une valeur minimale Vd (tension de « pull out » ou tension seuil de décollement) permettant de maintenir l'extrémité 50.1 de l'électrode mobile 50 juste plaquée sur l'électrode fixe 51. Cette tension Vd est inférieure à la tension Vc. Lorsque cette tension est appliquée, la partie mobile 1 est inclinée de l'angle θmin. Quand la tension d'actionnement décroît en dessous de Vd, l'électrode mobile 50 se décolle de l'électrode fixe 51 et la partie mobile 1 reprend sa position de repos sensiblement horizontale. La figure 2C représente la courbe de réponse (angle de rotation θ en fonction de la tension d'actionnement V appliquée entre l'électrode fixe 51 et l'électrode mobile 50) d'un tel micro-miroir.At rest the
Par rapport à l'exemple précédent avec actionnement électrostatique classique, on peut réduire la tension d'actionnement pour un même angle de rotation. Il existe une bonne linéarité entre la tension d'actionnement et l'angle d'inclinaison de la partie mobile, ce qui permet d'obtenir aisément une orientation précise de la partie mobile. La force développée par le déplacement de la partie mobile est inversement proportionnelle au carré de la distance séparant l'électrode mobile de l'électrode fixe. Or cette distance est très petite au voisinage de la partie plaquée de l'électrode mobile. Cette force est donc très importante dans la plage d'utilisation du micro-miroir. Cette distance est au moins égale à l'épaisseur de la couche diélectrique recouvrant l'électrode fixe. Il est ainsi possible de faire tourner la partie mobile avec des angles de l'ordre de 10 degrés avec une tension modérée typiquement inférieure à environ 100 V. En position de repos, l'électrode mobile ne doit pas être trop éloignée de l'électrode fixe (quelques micromètres à quelques dizaines de micromètres) pour limiter la tension d'actionnement, car la force électrostatique générée lors de l'application de la tension d'actionnement décroît rapidement lorsque la distance entre les deux électrodes augmente. Un premier inconvénient d'un tel dispositif est que la partie mobile ne peut pas se déplacer en rotation de part eu d'autre de la partie mobile. Un autre inconvénient de ce type d'actionnement est que la partie mobile ne peut pas prendre certaines orientations, ces orientations correspondent à des angles θ compris strictement entre 0 et θmin.Compared to the previous example with conventional electrostatic actuation, the actuating voltage can be reduced for the same angle of rotation. There is good linearity between the operating voltage and the inclination angle of the moving part, which makes it easy to obtain a precise orientation of the moving part. The force developed by the displacement of the moving part is inversely proportional to the square of the distance separating the moving electrode from the fixed electrode. But this distance is very small in the vicinity of the plated part of the moving electrode. This force is therefore very important in the range of use of the micro-mirror. This distance is at least equal to the thickness of the dielectric layer covering the fixed electrode. It is thus possible to rotate the moving part with angles of the order of 10 degrees with a moderate voltage typically less than about 100 V. In the rest position, the moving electrode must not be too far from the electrode fixed (a few micrometers to a few tens of micrometers) to limit the operating voltage, because the electrostatic force generated during the application of the operating voltage decreases rapidly when the distance between the two electrodes increases. A first disadvantage of such a device is that the moving part can not move in rotation on either side of the movable part. Another disadvantage of this type of actuation is that the moving part can not take certain orientations, these orientations correspond to angles θ strictly included between 0 and θmin.
On peut remarquer sur les figures 2A, 2B, que l'axe de rotation 2 est décalé par rapport au centre géométrique de la partie mobile 1. Le décalage se fait de manière à le rapprocher de l'électrode mobile 50. Cette particularité permet d'augmenter le débattement de la partie mobile 1 tout en repoussant le moment où elle entre en butée avec la partie fixe 4 qui supporte l'électrode fixe 51. Mais, même avec cette particularité, la partie mobile 1 présente toujours un débattement limité. On a tendance alors à réduire la taille de la partie mobile 1, mais il faut trouver un compromis entre débattement et taille de la zone réfléchissante 7, cette dernière doit avoir une taille appropriée à la fonction optique qu'elle doit remplir. Il est souvent souhaitable que la zone réfléchissante 7 ait une envergure comprise entre quelques centaines de micromètres et quelques millimètres. Le même compromis est à trouver pour la taille de la zone réfringente de la micro-lentille. Un autre inconvénient de cette configuration est qu'il y a un risque d'introduire une composante verticale au mouvement du centre de la zone réfléchissante 7, ce qui peut donner un mouvement de translation latérale à un faisceau lumineux réfléchi résultant d'un faisceau lumineux incident à cet endroit.It can be seen in FIGS. 2A, 2B that the axis of
Des informations complémentaires sur les micro-miroirs utilisant des moyens d'actionnement à effet « zipping » peuvent être trouvées dans le document [2] dont les références sont également précisées à la fin de la description. Dans ce document, des moyens de commande ont pour but de déformer le micro-miroir et non de le déplacer en rotation.Additional information on the micro-mirrors using "zipping" actuating means can be found in document [2], the references of which are also specified at the end of the description. In this document, control means are intended to deform the micromirror and not to move it in rotation.
Il est également connu par le document [3] dont les références sont mentionnées en fin de description, un micro-miroir dont les moyens de commande électrique de la rotation comportent plusieurs couples d'électrodes 7.1, 7.2 interdigitées prenant la forme de peignes. Dans un couple d'électrodes, l'une des électrodes 7.2 en peigne est solidaire de la partie fixe 4. L'autre électrode 7.1 est solidaire via une charnière 8.1 d'un bras 8 qui est issu de la partie mobile 1. Ce bras 8 est parallèle au bras de torsion 3 solidaire de la partie fixe 4 qui contribue à matérialiser l'axe de rotation. Ce type d'actionnement est très efficace dans le mode oscillant, grâce au phénomène de résonance mécanique, mais ne convient pas bien pour fonctionner dans le mode statique ou quasi statique. Dans le mode statique ou quasi statique, ce type d'actionnement est plus efficace que l'actionnement électrostatique classique mais reste insuffisant pour obtenir de grands angles de rotation.It is also known from document [3], the references of which are mentioned at the end of the description, a micro-mirror whose electrical control means for the rotation comprise several pairs of interdigital electrodes 7.1, 7.2 in the form of combs. In one pair of electrodes, one of the comb electrodes 7.2 is secured to the
Le fait que l'électrode interdigitée mobile soit solidaire d'un bras 8 qui n'est pas le bras de torsion présente l'inconvénient d'éloigner l'électrode interdigitée de l'axe de rotation et donc de réduire le débattement maximal pour une tension d'actionnement donnée.The fact that the movable interdigital electrode is integral with an
La présente invention a pour but de proposer un micro-miroir ou une micro-lentille apte à prendre une ou plusieurs positions statiques ou quasi statiques en rotation ne présentant pas les limitations et difficultés ci-dessus. Ces limitations s'appliquaient également aux micro-lentilles.The object of the present invention is to propose a micro-mirror or a micro-lens capable of taking one or more static or quasi-static rotational positions that do not have the above limitations and difficulties. These limitations also applied to micro-lenses.
Plus précisément un but de l'invention est de fournir un micro-miroir ou une micro-lentille susceptible de se mouvoir en rotation avec une amplitude importante et qui peut prendre une position fixe précise tout en conservant une tension d'actionnement réduite.More specifically, an object of the invention is to provide a micro-mirror or a micro-lens capable of moving in rotation with a large amplitude and which can take a precise fixed position while maintaining a reduced actuation voltage.
Un autre but de l'invention est de fournir un micro-miroir ou une micro-lentille qui peut prendre un angle d'inclinaison compris dans une grande plage d'angles, cette plage étant continue et s'étendant de part et d'autre de sa position de repos correspondant à un angle d'inclinaison nul.Another object of the invention is to provide a micro-mirror or a micro-lens which can take an angle of inclination in a wide range of angles, this range being continuous and extending on both sides its rest position corresponding to a zero inclination angle.
Un autre but de l'invention est de fournir un micro-miroir ou une micro-lentille apte à prendre une position qui ne risque pas d'introduire une composante verticale au mouvement de la partie centrale de la zone réfléchissante du micro-miroir ou de la zone réfringente de la micro-lentille, cette zone centrale étant généralement celle sur laquelle un faisceau lumineux est réfléchi ou transmis.Another object of the invention is to provide a micro-mirror or a micro-lens capable of taking a position which is not likely to introduce a vertical component to the movement of the central part of the reflecting zone of the micro-mirror or the refractive zone of the micro-lens, this central zone being generally that on which a light beam is reflected or transmitted.
Un autre but de l'invention est de fournir un micro-miroir ou une micro-lentille dont la partie mobile est de plus grande taille que dans les micro-miroirs ou les micro-lentilles classiques.Another object of the invention is to provide a micro-mirror or a micro-lens whose movable portion is larger than in conventional micro-mirrors or microlenses.
Pour y parvenir la présente invention propose un micro-miroir ou une micro-lentille comprenant une partie mobile avec une zone réfléchissante ou une zone réfringente respectivement, une partie fixe, des moyens de liaison de la partie mobile à la partie fixe matérialisant un axe de rotation contenu dans la partie mobile, sensiblement parallèle à un plan principal de la partie mobile, et des moyens de commande électrique de la rotation de la partie mobile autour de l'axe. Selon l'invention les moyens de commande électrique comportent deux actionneurs ou plus, formés chacun d'une électrode fixe solidaire de la partie fixe et d'une électrode mobile dotée d'une extrémité libre et d'une extrémité reliée à un bras d'entraînement sensiblement parallèle à l'axe et issu de la partie mobile, l'électrode mobile étant adaptée à se plaquer progressivement sur l'électrode fixe depuis son extrémité libre lorsqu'une tension d'actionnement est appliquée entre les deux électrodes d'un des actionneurs, le plaquage se faisant sur une surface variable en fonction de la tension appliquée entre les électrodes de l'actionneur, les actionneurs étant disposés de part et d'autre de l'axe.To achieve this, the present invention provides a micro-mirror or a micro-lens comprising a movable part with a reflective zone or a refractive zone respectively, a fixed part, means for connecting the moving part to the fixed part showing an axis of rotation contained in the movable portion, substantially parallel to a main plane of the movable portion, and electrical control means of the rotation of the movable portion about the axis. According to the invention, the electrical control means comprise two or more actuators, each formed of a fixed electrode integral with the fixed part and of a mobile electrode provided with a free end and an end connected to an arm. drive substantially parallel to the axis and issuing from the moving part, the mobile electrode being adapted to progressively tap on the fixed electrode from its free end when an actuating voltage is applied between the two electrodes of one of the actuators, the plating being done on a variable surface depending on the voltage applied between the electrodes of the actuator, the actuators being disposed on either side of the axis.
Ainsi la partie mobile peut se déplacer en rotation avec une amplitude maximale double de celle existant dans la configuration décrite dans le document [1]. Une amplitude supérieure à environ plus ou moins 10 degrés peut être obtenue soit plus de 20 degrés au total.Thus the moving part can move in rotation with a maximum amplitude double that existing in the configuration described in document [1]. An amplitude greater than about plus or minus 10 degrees can be obtained, more than 20 degrees total.
Les moyens de liaison de la partie mobile à la partie fixe peuvent être deux bras de torsion issus de la partie mobile dont les extrémités sont reliées à la partie fixe.The connecting means of the mobile part to the fixed part may be two torsion arms from of the movable part whose ends are connected to the fixed part.
De manière avantageuse, l'axe peut passer par le centre géométrique de la partie mobile, ce qui évite d'introduire une composante verticale au mouvement de la zone centrale de la partie mobile.Advantageously, the axis can pass through the geometric center of the moving part, which avoids introducing a vertical component to the movement of the central zone of the movable part.
Il est possible que, d'un même côté de la partie mobile, un bras d'entraînement soit décalé par rapport à un bras de torsion. Mais il est particulièrement avantageux pour augmenter le débattement qu'un bras de torsion et un bras d'entraînement soient dans le prolongement l'un de l'autre.It is possible that on the same side of the moving part, a driving arm is offset relative to a torsion arm. But it is particularly advantageous to increase the travel that a torsion arm and a drive arm are in the extension of one another.
Dans cette dernière configuration, pour conserver à la fois une souplesse en torsion et une rigidité en flexion verticale, il est préférable qu'au moins un bras de torsion ait une section transversale inférieure à celle d'un bras d'entraînement.In this latter configuration, to maintain both torsional and vertical flexural stiffness, it is preferable that at least one torsion arm has a cross section smaller than that of a drive arm.
Il est bien sûr possible qu'un bras de torsion et un bras d'entraînement situés dans le prolongement l'un de l'autre aient sensiblement une même section transversale, les deux bras sont alors confondus.It is of course possible that a torsion arm and a drive arm located in the extension of one another have substantially the same cross section, the two arms are then merged.
Dans un mode de réalisation particulièrement efficace, plusieurs électrodes mobiles peuvent être reliées à un même bras d'entraînement.In a particularly effective embodiment, several mobile electrodes can be connected to the same drive arm.
Dans un autre mode de réalisation, chaque bras d'entraînement peut être solidaire d'une seule électrode mobile.In another embodiment, each drive arm may be integral with a single movable electrode.
Dans encore un autre mode de réalisation qui améliore la précision de la position prise par la partie mobile, plusieurs électrodes mobiles situées d'un même côté de l'axe sont reliées entre elles au niveau de leur extrémité libre.In yet another embodiment that improves the accuracy of the position taken by the mobile part, several mobile electrodes located on the same side of the axis are connected to each other at their free end.
Pour rendre le micro-miroir ou la micro-lentille plus compact, il est possible qu'une électrode mobile soit enroulée sur elle-même, son extrémité libre se trouvant dans une zone centrale de l'enroulement.To make the micro-mirror or the micro-lens more compact, it is possible for a moving electrode to be wound on itself, its free end being in a central zone of the winding.
Une configuration d'électrode mobile rectiligne est également possible.A rectilinear moving electrode configuration is also possible.
Une configuration d'électrode mobile qui permet de réduire la tension nécessaire pour obtenir le plaquage de l'électrode mobile sur l'électrode fixe d'un actionneur est que l'électrode mobile comporte un corps de largeur sensiblement constante se prolongeant par une amorce au niveau de son extrémité libre, la largeur de l'amorce étant plus grande que celle du corps.A movable electrode configuration which makes it possible to reduce the voltage necessary to obtain the plating of the moving electrode on the fixed electrode of an actuator is that the moving electrode comprises a body of substantially constant width extending by a primer at level of its free end, the width of the primer being greater than that of the body.
Il est possible que les électrodes fixes soient confondues, ce qui facilite la réalisation, dans cette configuration l'adressage se fait par les électrodes mobiles.It is possible that the fixed electrodes are merged, which facilitates the realization, in this configuration the addressing is done by the mobile electrodes.
La partie fixe peut comporter une base et des montants sur lesquels s'appuient les moyens de liaison de la partie mobile à la partie fixe, la partie mobile étant suspendue au-dessus de la base.The fixed part may comprise a base and amounts on which support the connecting means of the movable part to the fixed part, the movable part being suspended above the base.
Pour augmenter le débattement de la partie mobile, la base peut comporter un évidement en regard de la partie mobile qui est alors suspendue au-dessus de l'évidement.To increase the movement of the movable portion, the base may comprise a recess facing the movable portion which is then suspended above the recess.
Pour éviter des courts-circuits entre les électrodes des actionneurs, les électrodes fixes peuvent être recouvertes d'un matériau diélectrique.To avoid short circuits between the electrodes of the actuators, the fixed electrodes can be covered with a dielectric material.
Les moyens de commande peuvent comporter des moyens d'adressage aptes à appliquer une tension d'actionnement aux électrodes mobiles et/ou aux électrodes fixes d'un actionneur.The control means may comprise addressing means capable of applying an actuating voltage to the moving electrodes and / or to the fixed electrodes of an actuator.
La tension d'actionnement peut être une tension continue superposée à une tension de commande variable.The operating voltage may be a DC voltage superimposed on a variable control voltage.
Pour simplifier la commande de la rotation, il est possible qu'au moins une électrode fixe d'un actionneur soit morcelée en deux portions dont une portion d'extrémité, ces deux portions étant isolées l'une de l'autre, les moyens d'adressage étant aptes à appliquer une tension continue à la portion d'extrémité et une tension de commande variable à l'autre portion.To simplify the control of the rotation, it is possible for at least one fixed electrode of an actuator to be split up into two portions, one end portion of which, these two portions being isolated from one another, the means of addressing being able to apply a DC voltage to the end portion and a variable control voltage to the other portion.
La tension continue peut être une tension minimale pour maintenir un plaquage de l'extrémité libre de l'électrode mobile de l'actionneur sur l'électrode fixe.The DC voltage may be a minimum voltage to maintain a plating of the free end of the moving electrode of the actuator on the fixed electrode.
Lorsque la tension de commande appliquée à un actionneur situé d'un côté de l'axe est non nulle, la tension de commande appliquée en même temps à un actionneur situé de l'autre côté de l'axe peut être nulle.When the control voltage applied to an actuator on one side of the axis is non-zero, the control voltage applied at the same time to an actuator located on the other side of the axis may be zero.
La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'un micro-miroir ou d'une micro-lentille ainsi caractérisé. Il comporte les étapes suivantes :
- a) gravure du contour d'une première région de la partie mobile, d'une première région de la partie fixe, d'une première région des moyens de liaison de la partie mobile à la partie fixe, d'une première région des bras d'entraînement dans une couche superficielle et une première couche isolante d'un substrat stratifié comportant un empilement alterné d'une première et une seconde couches en matériau isolant et de deux couches semi-conductrices dont une est intermédiaire et l'autre superficielle,
- b) dans un second substrat semi-conducteur gravure d'une partie en retrait, ce second substrat contribuant à réaliser une seconde région de la partie fixe et les électrodes fixes des actionneurs,
- c) assemblage des deux substrats, la partie en retrait étant face à la couche superficielle gravée,
- d) gravure du contour des électrodes mobiles, d'une seconde région de la partie mobile, d'une seconde région des bras d'entraînement et d'une seconde région des moyens de liaison, dans la couche intermédiaire et réalisation au préalable de métallisations reliées électriquement aux électrodes mobiles pour l'application de la tension d'actionnement de chaque actionneur via la partie fixe et la partie mobile.
- a) etching the contour of a first region of the moving part, a first region of the fixed part, a first region of the connecting means of the moving part to the fixed part, a first region of the arms driving in a surface layer and a first insulating layer of a laminated substrate comprising an alternating stack of a first and a second layer of insulating material and of two semiconductor layers, one of which is intermediate and the other superficial,
- b) in a second semiconductor substrate etching a recessed part, this second substrate contributing to producing a second region of the fixed part and the fixed electrodes of the actuators,
- c) assembling the two substrates, the recessed part facing the etched surface layer,
- d) etching the contour of the moving electrodes, a second region of the movable part, a second region of the drive arms and a second region of the connecting means, in the intermediate layer and prior realization of metallizations electrically connected to the moving electrodes for applying the actuating voltage of each actuator via the fixed part and the movable part.
Selon ce procédé, on peut réaliser des tranchées d'isolation lors de l'étape a) dans la couche superficielle et dans la couche d'isolation supérieure au niveau de la première région de la partie fixe et de la première région de la partie mobile et dans la couche intermédiaire lors de l'étape d) au niveau des électrodes mobiles et de la seconde région de la partie mobile pour assurer une isolation électrique des électrodes mobiles lors de l'application de la tension d'actionnement vers une électrode mobile via la première région de la partie fixe et la première région de la partie mobile.According to this method, isolation trenches can be made in step a) in the superficial layer and in the upper insulating layer at the first region of the fixed part and the first region of the moving part. and in the intermediate layer during step d) at the level of movable electrodes and the second region of the movable portion for electrically isolating the moving electrodes upon application of the actuating voltage to a moving electrode via the first region of the fixed portion and the first region of the movable portion .
L'étape b) peut inclure la gravure de l'évidement dans une partie centrale de la partie en retrait.Step b) may include etching the recess in a central portion of the recessed portion.
L'étape b) peut être suivie d'une étape de réalisation d'une couche de matériau isolant sur le second substrat gravé.Step b) may be followed by a step of producing a layer of insulating material on the second etched substrate.
La seconde région de la partie mobile peut réaliser directement la zone réfléchissante du micro-miroir ou une étape de métallisation de la seconde région de la partie mobile peut être prévue pour réaliser la zone réfléchissante du micro-miroir.The second region of the moving part can directly make the reflecting zone of the micro-mirror or a metallization step of the second region of the moving part can be provided to realize the reflecting zone of the micro-mirror.
En ce qui concerne la micro-lentille, on peut graver la partie mobile en forme de cadre lors de l'étape b).With regard to the micro-lens, it is possible to engrave the mobile part in the form of a frame during step b).
On peut assembler une pièce réfringente lenticulaire au cadre de la partie mobile pour réaliser la zone réfringente.It is possible to assemble a lenticular refracting part in the frame of the movable part to produce the refractive zone.
On peut après l'assemblage de l'étape c) retirer la seconde couche isolante.After assembly of step c), the second insulating layer may be removed.
On choisit l'épaisseur de la couche superficielle plus grande que la couche intermédiaire de manière à obtenir des caractéristiques de torsion convenables pour les bras de torsion.The thickness of the superficial layer is chosen to be greater than the intermediate layer so as to obtain suitable torsion characteristics for the torsion arms.
Le premier substrat peut être avantageusement un double substrat SOI et comporter du côté de la seconde couche isolante une couche semi-conductrice de base qui est ôtée après l'assemblage des deux substrats.The first substrate may advantageously be a double SOI substrate and comprise next to the second insulating layer is a base semiconductor layer which is removed after the two substrates have been assembled.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- Les figures 1A, 1B (déjà décrites) montrent une vue en coupe et une vue en trois dimensions d'un micro-miroir de l'art antérieur actionnable en rotation de manière électrostatique ;
- Les figures 2A, 2B (déjà décrites) montrent une vue en trois dimensions' et une vue de dessus d'un micro-miroir de l'art antérieur actionnable en rotation par effet « zipping » et la figure 2C illustre l'angle d'inclinaison de la partie mobile du micro-miroir en fonction de la tension appliquée ;
- La figure 3 (déjà décrite) est une vue de dessus d'un micro-miroir actionnable en rotation à l'aide d'électrodes interdigitées en peigne ;
- La figure 4 est une vue de dessus d'un exemple de micro-miroir ou de micro-lentille selon l'invention
- Les figures 5A, 5B illustrent une vue de dessus et une vue en coupe d'un autre exemple de micro-miroir ou de micro-lentille selon l'invention ;
- Les figures 6A, 6B sont des coupes du micro-miroir ou de la micro-lentille des figures 5, destinées à expliquer un premier mode de fonctionnement, et la figure 6C représente la variation de l'angle d'inclinaison de la partie mobile du micro-miroir ou de la micro-lentille en fonction de la tension appliquée dans ce mode de fonctionnement ;
- La figure 7 est une coupe du micro-miroir ou de la micro-lentille des figures 5 destinée à expliquer un second mode de fonctionnement ;
- La figure 8A est une coupe du micro-miroir ou de la micro-lentille des figures 5 destinée à expliquer une variante du second mode de fonctionnement et la figure 8B représente la variation de l'angle d'inclinaison de la partie mobile du micro-miroir ou de la micro-lentille en fonction de la tension appliquée dans ce mode de fonctionnement ;
- La figure 9 est une vue de dessus partielle d'un autre exemple de micro-miroir selon l'invention avec des électrodes mobiles-enroulées ;
- La figure 10 est une vue de dessus partielle d'un autre exemple de micro-miroir selon l'invention dans lequel les extrémités libres des électrodes mobiles des actionneurs situés d'un même côté de l'axe sont communes ;
- Les figures 11A à 11L représentent des étapes d'un exemple de procédé de réalisation de micro-miroirs ou de micro-lentilles selon l'invention.
- FIGS. 1A, 1B (already described) show a sectional view and a three-dimensional view of a micro-mirror of the prior art that can be electrostatically rotated;
- FIGS. 2A, 2B (already described) show a three-dimensional view and a view from above of a micro-mirror of the prior art operable in rotation by "zipping" effect and FIG. 2C illustrates the angle of inclination of the moving part of the micro-mirror as a function of the applied voltage;
- Figure 3 (already described) is a top view of a micro-mirror operable in rotation using interdigitated comb electrodes;
- FIG. 4 is a view from above of an example of a micro-mirror or a micro-lens according to the invention
- Figures 5A, 5B illustrate a top view and a sectional view of another example of micro-mirror or micro-lens according to the invention;
- FIGS. 6A, 6B are sections of the micro-mirror or micro-lens of FIG. 5, intended to explain a first mode of operation, and FIG. 6C represents the variation of the inclination angle of the moving part of the micro-mirror or the micro-lens as a function of the voltage applied in this mode of operation;
- Figure 7 is a sectional view of the micro-mirror or micro-lens of Figures 5 for explaining a second mode of operation;
- FIG. 8A is a sectional view of the micro-mirror or micro-lens of FIGS. 5 to explain a variant of the second mode of operation, and FIG. 8B shows the variation of the angle of inclination of the mobile part of the micro-mirror. mirror or micro-lens depending on the voltage applied in this mode of operation;
- Figure 9 is a partial top view of another example of a micro-mirror according to the invention with mobile-wound electrodes;
- FIG. 10 is a fragmentary top view of another example of a micro-mirror according to the invention in which the free ends of the moving electrodes of the actuators located on the same side of the axis are common;
- FIGS. 11A to 11L show steps of an exemplary method for producing micro-mirrors or microlenses according to the invention.
Les différentes variantes doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres.The different variants must be understood as not being exclusive of each other.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.Identical, similar or equivalent parts of the different figures bear the same numerical references to facilitate the transition from one figure to another.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.The different parts shown in the figures are not necessarily in a uniform scale, to make the figures more readable.
On va maintenant se référer aux figures 4, 5A, 5B qui montrent des exemples de micro-miroir ou de micro-lentille selon l'invention. Le micro-miroir ou la micro-lentille comporte une partie mobile 10 et une partie fixe 14. La partie mobile 10 prend globalement la forme d'un plateau ou d'un cadre respectivement. Elle est destinée à être déplacée en rotation autour d'un axe 12. L'axe passe par la partie mobile 10 et est sensiblement parallèle à un plan principal de la partie mobile 10. Des moyens de liaison 13 de la partie mobile 10 à la partie fixe 14 matérialisent cet axe 12. Ces moyens de liaison peuvent prendre la forme de deux bras torsion 13 issus de la partie mobile 10 et qui ont une extrémité 11 solidaire (par exemple par encastrement) de la partie fixe 14 au niveau de montants 15. Les deux bras de torsion 13 sont dans le prolongement l'un de l'autre. Les montants 15 de la partie fixe 14 reposent sur une base 16 qui s'étend sous la partie mobile 10. La partie mobile 10 est ainsi suspendue au-dessus de la partie fixe 14 au niveau de sa base 16. La partie mobile 10 comporte des faces principales dont une est tournée vers la partie fixe 14 au niveau de sa base 16 et dont l'autre est dotée d'une zone réfléchissante 17 (hachurée sur la figure 4) destinée à réfléchir de la lumière dans le cas d'un micro-miroir. La zone réfléchissante 17 est représentée comme n'occupant que partiellement la face de la partie mobile 10 mais elle pourrait l'occuper totalement. Dans le cas d'une micro-lentille, la zone 17 représente une zone réfringente, il peut s'agir d'une pièce réfringente lenticulaire fixée, par collage par exemple, au cadre 10. L'axe 12 peut passer par le centre géométrique de la partie mobile 10.Reference will now be made to FIGS. 4, 5A, 5B which show examples of micro-mirror or micro-lens according to the invention. The micro-mirror or the micro-lens comprises a
Le micro-miroir ou la micro-lentille comporte également des moyens de commande 18 électrique du déplacement en rotation de la partie mobile 10. Ces moyens 18 comportent au moins deux actionneurs 19 à « effet zipping » et des moyens d'adressage (non visibles sur la figure 4) de ces actionneurs.The micro-mirror or the micro-lens also comprises electric control means 18 for the rotational displacement of the
Par actionneur 19 à « effet zipping », on entend un actionneur formé d'un couple d'électrodes 20, 21 avec une électrode fixe 20 et une électrode mobile 21 ayant une extrémité libre 21.1, l'électrode mobile 21 étant destinée à venir se plaquer sur l'électrode fixe 20 depuis son extrémité libre 21.1, le plaquage se faisant sur une surface variable en fonction d'une tension appliquée entre les deux électrodes. L'électrode mobile 21 est donc flexible.By
L'électrode fixe 20 des actionneurs 19 est solidaire de la partie fixe 14 au niveau de la base 16. Elle n'est pas visible sur la figure 4, elle est cachée par l'électrode mobile 21. Elle est visible sur la figure 5B. L'électrode mobile 21 des actionneurs 19 est solidaire à son autre extrémité d'un bras d'entraînement 23 qui est issu de la partie mobile 10 et qui est dirigé sensiblement parallèlement à l'axe de rotation 12. Ce bras d'entraînement 23 est suffisamment rigide. Ainsi l'électrode mobile 21 n'est plus directement fixée à la partie mobile 10 comme dans les exemples des figures 2, elle en est décalée.The fixed
Selon un caractéristique importante, les extrémités libres 21.1 des électrodes mobiles 21 des deux actionneurs 19 sont situées de part et d'autre de l'axe de rotation 12. Les actionneurs 19 sont donc disposés de part et d'autre de l'axe 12. Ainsi, chacun des actionneurs 19 peut entraîner la partie mobile 10 dans un sens ou dans l'autre ce qui permet d'augmenter son débattement par rapport à l'exemple des figures 2. Des angles supérieurs à environ 10 degrés, de part et d'autre de la position de repos (angle nul) peuvent être obtenus avec une tension d'actionnement typiquement inférieure à 100V.According to an important characteristic, the free ends 21.1 of the
Les actionneurs 19 peuvent être adressés ou actionnés soit séparément ou soit simultanément comme ont le verra ultérieurement.The
La partie mobile 10 peut avoir une envergure comprise entre quelques centaines de micromètres et quelques millimètres et une épaisseur d'environ quelques dizaines de micromètres. Il faut qu'elle possède une rigidité suffisante pour que la zone réfléchissante ou réfringente 17 qu'elle porte reste la plus stable possible de manière à conserver sa qualité optique quelles que soient les conditions et notamment lors d'accélérations. Ces dimensions ne sont pas limitatives bien entendu.The
L'électrode mobile 21 peut prendre la forme depuis le bras d'entraînement 23, d'un corps 21.2 sensiblement rectiligne de largeur sensiblement constante se terminant au niveau de son extrémité libre 21.1 par une partie d'extrémité 21.3 qui peut être de même largeur que le corps 21.2 ou de manière avantageuse qui peut être plus large. Dans ce dernier cas la partie d'extrémité 21.3 peut être qualifiée d'amorce. Cette amorce 21.3 est visible sur la figure 5A. Quant à l'électrode fixe 20, elle peut avoir une forme quelconque dans la mesure où l'électrode mobile 21 peut se plaquer sur elle.The
L'amorce 21.3 sert à réduire la tension seuil d'attraction Vc ainsi que la tension seuil de décollement Vd.The primer 21.3 serves to reduce the threshold voltage of attraction Vc as well as the cutoff threshold voltage Vd.
Lorsque l'actionneur est au repos, il n'est soumis à aucune tension d'actionnement. Ses électrodes mobile et fixe 20, 21 sont séparées par un espace 25 qui peut être plein d'un gaz (air ou autre) ou qui peut être vide. Cet espace inter-électrode 25 est illustré sur la figure 5B. Cet espace 25 peut être délimité par une cavité que contribuent à former les montants prenant la forme d'un cadre comme on le verra plus loin.When the actuator is at rest, it is not subjected to any actuating voltage. Its mobile and fixed
Il est préférable placer dans cet espace 25 une couche de matériau diélectrique 24 interposée entre les électrodes fixes 20 et les électrodes mobiles 21 pour éviter un court-circuit lorsqu'une électrode mobile 21 vient en contact avec une électrode fixe 20. Cette couche diélectrique 24 est visible sur la figure 5B, elle recouvre les électrodes fixes 20. L'épaisseur de la couche diélectrique 24 est comprise entre une valeur minimale et une valeur maximale. La valeur minimale est déterminée par le claquage de l'isolant soumis à un champ électrique généré par une tension d'actionnement donnée, appliquée entre les deux électrodes d'un actionneur. La valeur maximale est déterminée par la distance maximale selon laquelle les deux électrodes d'un actionneur peuvent se trouver lorsque la partie mobile 10 est dans la position de repos sans que la force d'attraction ne soit trop faible pour une tension d'actionnement donnée. Par exemple pour une tension d'actionnement de 100V, l'épaisseur minimale de la couche diélectrique 24 (réalisée par exemple en oxyde ou en nitrure d'un matériau semi-conducteur, le silicium par exemple) sera d'environ 0,2 micromètre.It is preferable to place in this space 25 a layer of
A titre indicatif, l'électrode mobile 21 peut avoir une longueur comprise entre quelques dizaines de micromètres et quelques millimètres, une épaisseur comprise entre quelques dixièmes de micromètres et quelques micromètres, et une largeur de corps 21.2 très supérieure à son épaisseur. L'épaisseur rend l'électrode mobile 21 suffisamment flexible dans une direction sensiblement perpendiculaire à la surface de la base 16. S'il y a une amorce 21.3, cette dernière est plus grande que la largeur du corps 21.2. Au repos, l'espace 25 inter-électrode peut être d'environ quelques micromètres à quelques dizaines de micromètres.As an indication, the
Il est avantageux que la base 16 comporte en regard de la partie mobile 10 un évidement 26. La partie mobile 10 est susceptible de pénétrer dans l'évidement 26 lorsque la partie mobile 10 prend une position inclinée avec un angle important. La prise d'une position inclinée avec un tel angle d'inclinaison ne serait pas possible en l'absence de l'évidement 26 car la partie mobile 10 heurterait la base 16. Les électrodes fixes 20 sont situées sur la base 16 à l'extérieur de l'évidement 26 de manière à conserver l'espace inter-électrode 25 relativement faible en position de repos des actionneurs. La profondeur de l'évidement est choisie suffisante pour que la partie mobile puisse s'incliner d'un angle θmax sans heurter la base 16. L'angle θmax correspond à l'angle maximum pris par la partie mobile lorsque les moyens d'adressage (décrits ultérieurement) délivrent une tension d'actionnement maximale.It is advantageous that the
L'évidement 26 peut être un trou traversant la base 16 ou seulement un trou borgne dans la base 16. S'il s'agit d'un trou traversant, il peut être réalisé à partir de la face de la base 16 destinée à recevoir les électrodes fixes 20, (cette face est dite face avant) ou à partir de l'autre face de la base 16 qui est dite face arrière. Cet évidement 26 sera plutôt réalisé par une gravure humide qu'une gravure sèche dans le matériau de la base 16 qui est généralement un matériau semi-conducteur.The
La distance d entre l'axe de rotation 12 et la partie fixe 14 au niveau de la surface de placage doit être relativement importante (par exemple supérieure à environ 50 micromètres) si on désire un angle d'inclinaison important (par exemple supérieur à 5°).The distance d between the axis of
Il est possible que les montants supportant les bras de torsion 13 prennent la forme d'un cadre 15.1 qui entoure la partie mobile 10 et les actionneurs 19 et qui est solidaire de la base 16. Cette variante est représentée sur les figures 5A et 5B. Ce cadre 15.1 peut contribuer à délimiter une cavité. On préfère limiter la surface occupée par cette cavité de manière à faciliter une étape de scellement de deux substrats, qui sera décrite ultérieurement lors de la description d'un exemple de procédé de réalisation d'un micro-miroir ou d'une micro-lentille selon l'invention.It is possible that the uprights supporting the
Les bras d'entraînement 23 peuvent être distincts des bras de torsion 13 comme sur la figure 4. Dans cette configuration un bras de torsion et un bras d'entraînement situés d'un même côté de la partie mobile sont décalés l'un par rapport à l'autre. Ce n'est pas bien sûr une obligation comme illustré sur la figure 5A. Sur cette figure, le bras d'entraînement 23 est plus proche de la partie mobile 10 que ne l'est le bras de torsion 13 qui le prolonge. Par la suite, sauf indication particulière, on considère qu'un bras d'entraînement 23 et un bras de torsion 13 sont dans le prolongement l'un de l'autre.The driving
Il est préférable que le raccordement des électrodes mobiles 21 aux bras d'entraînement 23 se fasse le plus près possible de l'axe de rotation 12 de manière à autoriser un grand débattement de la partie mobile 10 tout en conservant l'espace inter-électrode 25 des actionneurs 19 relativement faible.It is preferable that the connection of the
Les actionneurs 19 peuvent être situés de part et d'autre de la partie mobile 10, mais ce n'est pas une obligation, on pourrait envisager d'avoir seulement une paire d'actionneurs 19 avec les actionneurs 19 situés d'un même côté de la partie mobile 10. En se référant à la figure 5A, on pourrait n'avoir que deux des quatre actionneurs représentés, par exemple ceux qui correspondent à la coupe de la figure 5B.The
Sur les figures 6A, 6B et suivantes, les bras de torsion 13 sont dans le prolongement des bras d'entraînement 23. En pratique, un bras de torsion 13 a une section transversale inférieure à celle d'un bras d'entraînement 23, cette section transversale lui confère une certaine souplesse en torsion. Le bras d'entraînement 23 a une section transversale plus importante pour rester rigide lors de l'entraînement.In FIGS. 6A, 6B and following, the
Ainsi le dimensionnement des bras de torsion 13 peut être optimisé de manière à ce qu'ils soient suffisamment souples en torsion et suffisamment raides en flexion verticale. Ils sont de manière avantageuse relativement épais et leur largeur sera inférieure à leur épaisseur. Si le bras de torsion 13 n'est pas suffisamment rigide en flexion verticale, l'actionneur 19 aura tendance à tirer la partie mobile 10 vers le bas plutôt qu'à l'entraîner en rotation. Le mouvement de la partie mobile 10 risque alors de ne pas être une pure rotation, ce qui peut donner un mouvement de translation latérale à un faisceau lumineux réfléchi ou transmis résultant d'un faisceau lumineux incident sur la zone réfléchissante ou réfringente 17.Thus, the dimensioning of the
On va donner maintenant des explications sur le fonctionnement d'un tel micro-miroir ou d'une telle micro-lentille actionnable en rotation autour d'un axe.We will now give explanations on the operation of such a micro-mirror or such a micro-lens operable in rotation about an axis.
On se réfère aux figures 6A, 6B et au graphique de la figure 6C. On suppose que dans ce premier mode de fonctionnement, les actionneurs 19 situés de part et d'autre de l'axe 12 sont actionnés séparément. Des moyens d'adressage 27 actionnent soit un ou plusieurs actionneurs situés d'un côté de l'axe 12, soit un ou plusieurs actionneurs situés de l'autre côté de l'axe 19.Referring to Figs. 6A, 6B and the graph of Fig. 6C. It is assumed that in this first mode of operation, the
Au repos la partie mobile 10 est dans une position sensiblement horizontale (angle d'inclinaison θ nul) et les moyens d'adressage 27 n'appliquent aucune tension d'actionnement sur les électrodes 20, 21 de ces actionneurs 19. Les actionneurs 19 ne sont pas adressés. On peut se référer à la figure 4C. Il n'y a pas d'attraction entre l'électrode mobile 21 et l'électrode fixe 20 de l'un des actionneurs 19. Les électrodes 20, 21 des actionneurs 19 sont décollées et la partie mobile 10 en position de repos.At rest the
Lorsque les moyens d'adressage 27 commencent à appliquer un premier signal d'adressage à savoir une tension d'actionnement V1 entre les deux électrodes fixe 20 et mobile 21 de l'un des actionneurs 19 (ou de plusieurs actionneurs situés d'un même côté de l'axe 12) placé à droite sur les figures illustrant cet exemple de fonctionnement, il ne se passe rien avant que la tension V1 ait atteint la tension seuil d'attraction Vc. A ce moment l'extrémité libre 21.1 de l'électrode mobile 21 vient se plaquer sur l'électrode fixe 20 qui lui fait face. On provoque ainsi le collage des deux électrodes par leurs bouts. L'actionneur 19 sollicite le bras d'entraînement 23 vers la droite. Dans cet état la partie mobile 10 et donc la zone réfléchissante ou réfringente 17 a tourné brusquement d'un angle θ supérieur à +θmin (+θmin représente l'angle minimal d'inclinaison pris par la partie mobile 10 par rapport à sa position de repos). Le bord de la partie mobile 10 se trouvant d'un même côté de l'axe (c'est à dire du bras de torsion 13) que l'électrode mobile 21 qui vient se plaquer sur l'électrode fixe 20, s'abaisse et le bord opposé se soulève.When the addressing
En augmentant la tension d'actionnement V1, l'électrode mobile 21 se plaque de plus en plus sur l'électrode fixe 20. Il y a propagation du plaquage en direction du bras d'entraînement 23. La surface de plaquage se rapproche du bras d'entraînement 23. La partie mobile 10 s'incline de plus en plus jusqu'à atteindre un angle +θmax qui correspond, dans un cas favorable, à une position dans laquelle toute l'électrode mobile 21 est plaquée sur l'électrode fixe 20 si la partie mobile 10 ne heurte pas avant le fond de l'évidement 26. L'angle θmax correspond dans le meilleur cas à l'angle pris par la partie mobile lorsque les moyens d'adressage appliquent la tension d'adressage maximale. Comme expliqué précédemment, lorsque la tension d'actionnement V1 décroît, la partie mobile 10 adopte le même comportement que précédemment mais en sens inverse, l'électrode mobile 21 se décolle progressivement de l'électrode fixe 20. Lorsque la tension d'actionnement V1 atteint la tension seuil de décollement Vd, seule l'extrémité 21.1 de l'électrode mobile 21 reste plaquée sur l'électrode fixe 20. L'angle θ décroît. C'est lorsque cette tension Vd est appliquée que la partie mobile 10 prend la position +θmin. Cette tension Vd est inférieure à la tension Vc. Lorsque la tension décroît en dessous de Vd, l'électrode mobile 21 se décolle de l'électrode fixe 20 et la partie mobile 10 reprend sa position de repos sensiblement horizontale. On annule ensuite la tension d'actionnement V1.By increasing the operating voltage V1, the
Lorsque les moyens d'adressage 27 appliquent un second signal d'adressage pour actionner le et/ou les autres actionneurs 19 situés de l'autre côté de l'axe 12 (à gauche sur les figures) à savoir une tension d'actionnement V2 (non représentée) la partie mobile 10 s'incline en sens inverse. L'inclinaison se fait à partir d'un angle θ supérieur à -θmin jusqu'à un angle -θmax plus on augmente la tension d'actionnement V2. A l'inverse, lorsqu'on diminue la tension d'actionnement V2, l'angle d'inclinaison θ décroît jusqu'à atteindre -θmin.When the addressing
Avec un tel mode de fonctionnement, la partie mobile 10 peut alors se déplacer en rotation dans deux plages d'angles [-θmax,-θmin] et [+θmin, +θmax] disjointes et/ou prendre une position fixe se trouvant dans ces plages. Par contre la plage d'angles [-θmin, +θmin] ne peut être explorée. On ne peut obtenir un balayage continu de la partie mobile 10 dans la plage d'angles [-θmin, +θmin]. Cette dernière plage n'est pas exploitable pour la partie mobile 10. Dans ce mode de fonctionnement V1 et V2 ne sont jamais différentes de zéro ensemble. Pour une tension d'actionnement non nulle mais inférieure à la tension seuil d'attraction Vc, les électrodes d'un actionneur commencent à se rapprocher, l'inclinaison de la partie mobile est faible mais non nulle. Il serait bien sûr possible que les moyens d'adressage 27 actionnent simultanément des actionneurs 19 qui se trouvent de part et d'autre de l'axe 12.With such a mode of operation, the
On se réfère à la figure 7 qui montre un second mode de fonctionnement du micro-miroir ou de la micro-lentille selon l'invention.Referring to Figure 7 which shows a second mode of operation of the micro-mirror or the micro-lens according to the invention.
Les moyens d'adressage 27 appliquent maintenant une première tension d'actionnement V1 aux électrodes 20, 21 d'un ou plusieurs actionneurs 19 situés d'un côté de l'axe 12 (dans l'exemple à droite) et simultanément une seconde tension d'actionnement V2 aux électrodes 20, 21 d'un ou plusieurs actionneurs 19 situés de l'autre côté de l'axe 12 (par exemple à gauche). En choisissant convenablement les valeurs de ces tensions d'actionnement V1, V2, on peut faire prendre à la partie mobile 10 toutes les inclinaisons possibles comprises dans la plage d'angle [-θmax, +θmax]. En faisant varier ces tensions V1 et V2 dans le temps, la partie mobile 10 peut être animée d'un mouvement de balayage en rotation entre -θmax, +θmax.The addressing means 27 now apply a first actuating voltage V1 to the
Pour faciliter le réglage de la position ou du mouvement de la partie mobile 10, il est possible que les moyens d'adressage 27 appliquent en permanence une tension continue V0 non nulle aux actionneurs 19 cette tension V0 étant superposée à une tension de commande V1' ou V2' qui peut varier dans le temps et qui peut s'annuler. La tension continue V0 est la tension minimale qui maintient le plaquage de l'électrode mobile 21 contre l'électrode fixe 20. Elle est supérieure à la tension seuil de décollement Vd On obtient alors :
- V1=V0+V1'
- V2=V0+V2'
- V1'≠0 avec V2'=0 et V2'≠0 et V1'=0.
- V1 = V0 + V1 '
- V2 = V0 + V2 '
- V1 '≠ 0 with V2' = 0 and V2 '≠ 0 and V1' = 0.
Les tensions de commande V1' et V2' ne sont jamais nulles en même temps. Supposons que l'on veuille faire tourner la partie mobile vers la droite. Si V1' est non nulle, le collage de l'électrode mobile se propage à droite et la partie mobile tourne vers la droite. Mais si en même temps, V2' est aussi non nulle le collage va aussi se propager à gauche ce qui s'oppose à la rotation de la partie mobile vers la droite. Les tensions de commande V1' et V2' peuvent être indifféremment positives ou négatives.The control voltages V1 'and V2' are never zero at the same time. Suppose we want to rotate the moving part to the right. If V1 'is non-zero, the bonding of the moving electrode propagates to the right and the moving part turns to the right. But if at the same time, V2 'is also non-zero, the collage will also propagate on the left which opposes the rotation of the moving part to the right. The control voltages V1 'and V2' may be indifferently positive or negative.
Les moyens d'adressage 27 des actionneurs 19 peuvent agir soit au niveau des électrodes fixes 20, soit au niveau des électrodes mobiles 21 soit encore au niveau des deux électrodes fixe 20 et mobile 21 mais c'est plus compliqué. Les électrodes non adressées sont au potentiel de masse. La commande des actionneurs se trouvant d'un côté de l'axe étant indépendante de celle se trouvant de l'autre côté de l'axe, cela implique que les électrodes fixes 20 ou mobiles 21 situées d'un côté de l'axe 12 soient isolées électriquement de celles situées de l'autre côté de l'axe 12. Cette isolation peut se faire de manière classique par dépôts de pistes conductrices distinctes sans liaison, par des tranchées d'isolation, par exemple des tranchées d'air ou des tranchées remplies d'un matériau diélectrique dans des zones conductrices, par implantation ionique de zones de dopage opposé à celui du substrat dans lequel ces zones sont implantées.The addressing means 27 of the
Si ce sont les électrodes fixes 20 qui sont adressées, des pistes conductrices les rejoignant peuvent être réalisées sur la base (non représentées), sous la couche diélectrique 24, les électrodes mobiles 21 étant conservées à un même potentiel (généralement le potentiel de masse).If it is the fixed
Si ce sont les électrodes mobiles 21 qui sont adressées, toutes les électrodes fixes 20 peuvent être maintenues à un même potentiel. Dans ce cas, les électrodes fixes 20 peuvent être confondues et ne former qu'une unique électrode fixe comme on le verra plus loin.If the moving
Dans le cas où l'adressage se fait à partir des électrodes fixes 20, il est possible de morceler les électrodes fixes 20 en deux portions distinctes isolées électriquement l'une de l'autre. La première portion 20.1 correspondant à la partie sur laquelle l'extrémité libre 21.1 (ou l'amorce 21.3) de l'électrode mobile 21 doit venir se plaquer lorsqu'on lui applique la tension continue V0 supérieure à la tension seuil de décollement Vd comme expliqué précédemment. Elle maintient l'extrémité libre 21.1 de l'électrode mobile 21 collée sur l'électrode fixe 20. La seconde portion 20.2 correspondant à la partie sur laquelle le corps 21.2 de l'électrode mobile 21 doit venir se plaquer. On lui applique la tension de commande V1' ou V2' selon qu'elle se trouve d'un côté ou de l'autre de l'axe 12. Cette variante est illustrée sur la figure 8A. Cette structure a pour avantage, par rapport à la configuration de la figure 7, de simplifier le fonctionnement des moyens d'adressage 27. Il est inutile de superposer la tension continue V0 à la tension de commande V1' ou V2'.In the case where the addressing is done from the fixed
Par rapport aux exemples des figures 2, on a doublé l'amplitude du déplacement de la partie mobile 10. La figure 8B représente la courbe de réponse (angle de rotation θ en fonction des tensions d'actionnement V1' et V2' appliquées aux actionneurs de droite et de gauche respectivement du micro-miroir ou de la micro-lentille représenté à la figure 8A. La variation de l'angle d'inclinaison est linéaire et continue entre - θmax, +θmax.Compared with the examples of FIG. 2, the amplitude of the displacement of the
Dans les deux exemples décrits, il serait bien sûr possible que les moyens d'adressage 27 actionnent simultanément des actionneurs 19 qui se trouvent de part et d'autre de l'axe 12, les tensions de commande V1' et V2' seraient non nulles toutes les deux en même temps.In the two examples described, it would of course be possible for the addressing means 27 to simultaneously actuate
Le fait de placer l'évidement 26 sous la partie mobile 10 permet d'augmenter la taille de la partie mobile 10 et en conséquence la taille de la zone réfléchissante ou réfringente sans à avoir à augmenter la tension d'actionnement.Placing the
Un tel micro-miroir ou une telle micro-lentille est particulièrement bien adapté à une utilisation en mode statique ou quasi statique de fréquence très inférieure à la fréquence de résonance mécanique avec une grande amplitude. Toutefois une utilisation en mode résonant est possible si les tensions d'actionnement des actionneurs sont alternatives (par exemple sinusoïdales) sensiblement à la fréquence de résonance.Such a micro-mirror or such a micro-lens is particularly well adapted to a use in static or quasi-static mode with a frequency much lower than the mechanical resonance frequency with a large amplitude. However, use in resonant mode is possible if the operating voltages of the actuators are alternating (for example sinusoidal) substantially at the resonance frequency.
On peut maintenant se référer à la figure 9 qui montre une variante de configuration pour les électrodes fixe 20 et mobile 21 d'un actionneur 19 d'un micro-miroir. Il pourrait bien entendu s'agir d'une micro-lentille. Au lieu que l'électrode mobile 21 comporte un corps 21.2 rectiligne avec éventuellement en bout une amorce 21.3, il est possible que l'électrode soit enroulée sur elle-même sensiblement en spirale, l'extrémité libre 21.1 ou l'amorce 21.3, si elle existe, se trouvant sensiblement au centre de l'enroulement. Cette variante est illustrée sur la figure 9. Le micro-miroir est ainsi plus compact qu'avec des électrodes mobiles 21 rectilignes. Il en serait de même pour la micro-lentille.We can now refer to Figure 9 which shows a configuration variant for the fixed and
Dans le but de simplifier l'adressage des actionneurs et d'améliorer la compacité du micro-miroir, il est possible que deux ou plusieurs électrodes mobiles 21 appartenant à des actionneurs 19 situés d'un même côté de l'axe 12 aient leur extrémité libre 21.1 en commun, qu'elles possèdent une amorce 21.3 ou non. Cette variante est représentée sur la figure 10. Il pourrait bien sûr également s'agir d'une micro-lentille. Cette configuration a pour avantage de garantir un plaquage exactement au même instant des actionneurs 19 correspondants.In order to simplify the addressing of the actuators and to improve the compactness of the micro-mirror, it is possible for two or more moving
On va maintenant décrire un exemple de procédé de réalisation d'un micro-miroir ou d'une micro-lentille selon l'invention.An example of a method for producing a micro-mirror or a micro-lens according to the invention will now be described.
On suppose que les moyens d'adressage appliquent des tensions appropriées sur les électrodes mobiles des actionneurs pour déplacer en rotation la partie mobile tandis que les électrodes fixes sont portées à une tension constante. (généralement la masse). On se réfère aux figures 11A à 11L. On suppose que les substrats semi-conducteurs sont conducteurs.It is assumed that the addressing means apply appropriate voltages on the moving electrodes of the actuators to move the moving part in rotation while the fixed electrodes are brought to a constant voltage. (usually the mass). Referring to Figs. 11A-11L. It is assumed that the semiconductor substrates are conductive.
On utilise un premier substrat 100 formé d'une couche de base 101 en matériau semi-conducteur, par exemple en silicium, recouverte d'un sandwich 102. formé par deux couches isolantes 102.1, 102.2 (par exemple en oxyde de silicium) situées de part et d'autre d'une couche intermédiaire 102.3 en matériau semi-conducteur (par exemple en silicium), le sandwich 102 étant lui-même recouvert par une couche superficielle 103 en matériau semi-conducteur (par exemple en silicium). Ce substrat est illustré sur la figure 11A. La couche isolante référencée 102.1 est la couche inférieure du sandwich et la couche 102.2 est la couche supérieure du sandwich. Un tel substrat 100 peut être un double substrat SOI (pour Silicon on Insulator abréviation anglo-saxonne de silicium sur isolant). La couche superficielle 103 est plus épaisse que la couche intermédiaire 102.3. Les couches en matériau semi-conducteur 101, 102.3, 103 sont conductrices.A
On suppose que dans cet exemple, le micro-miroir ou la micro-lentille est similaire à celui des figures 5A, 5B, les bras d'entraînement et de torsion sont bout à bout.It is assumed that in this example, the micro-mirror or micro-lens is similar to that of Figures 5A, 5B, the drive and torsion arms are end to end.
On commence par délimiter par une étape de photolithographie le motif d'une première région de la partie fixe 14 à savoir le cadre 15.1 ou les montants, d'une première région de la partie mobile 10, d'une première région des bras de torsion 13 et d'entraînement 23. On grave ensuite ces différents éléments dans la couche superficielle 103 et dans la couche isolante supérieure 102.2 (figure 11B). Cette étape de gravure peut être une étape de gravure sèche. Les premières régions sont donc formées du matériau semi-conducteur de la couche superficielle et du matériau de la couche isolante, supérieure. Si l'on réalise un micro-miroir, la partie mobile 10 reste pleine, tandis que si l'on réalise une micro-lentille, on grave la partie mobile 10 telle un cadre avec un évidement central. Cette gravure en cadre est esquissée en pointillés sur la figure 11B.First of all, a photolithography step defines the pattern of a first region of the fixed
Les électrodes mobiles des actionneurs seront réalisées elles dans la couche intermédiaire 102.3 ultérieurement.The moving electrodes of the actuators will be made in the intermediate layer 102.3 later.
Les bras de torsion, le cadre et la partie mobile vont servir à acheminer les signaux d'adressage aux électrodes mobiles des actionneurs. Ces signaux d'adressage se propagent dans le cadre et les bras de torsion depuis des plots de contact portés par le cadre et réalisés ultérieurement. Un des bras de torsion va servir pour l'adressage des actionneurs situés d'un côté de l'axe et l'autre bras de torsion pour l'adressage des actionneurs situés de l'autre côté de l'axe. Pour que les signaux d'adressage destinés aux électrodes mobiles situées d'un côté de l'axe ne se propagent pas aux électrodes mobiles situées de l'autre côté de l'axe qui elles doivent recevoir d'autres signaux d'adressage, on réalise, dans la couche superficielle 103 et aussi dans la couche isolante supérieure 102.2 (figure 11C), des tranchées d'isolation 104 au niveau du cadre 15.1 et une tranchée d'isolation 106 au niveau de la première région de la partie mobile 10. Ces tranchées peuvent être des tranchées d'air ou être ultérieurement emplies de matériau diélectrique. Si au lieu d'avoir un cadre, on prévoit deux montants comme sur la figure 4, ces derniers sont électriquement isolés de par leur configuration. Les tranchées d'isolation 104 découpent le cadre 15.1 en deux parties 105.1, 105.2, l'une 105.1 devant porter un des plots de contact transmettant un des signaux d'adressage et l'autre partie 105.2 devant porter l'autre plot de contact transmettant l'autre signal d'adressage. Les plots ne sont pas visibles à cette étape (figure 11C). De la même manière, la couche superficielle 103 correspondant à la première région de la partie mobile 10 est séparée en deux parties 107.1, 107.2 par la tranchée d'isolation 106. L'un des bras de torsion est issu de l'une des parties 107.1 et l'autre de l'autre partie 107.2. La tranchée d'isolation 106 est dirigée dans sa majorité selon l'axe de rotation 12. La tranchée d'isolation 106 est visible sur la figure 11C.The torsion arms, the frame and the moving part will be used to route the addressing signals to the moving electrodes of the actuators. These addressing signals propagate in the frame and the torsion arms from contact pads carried by the frame and made subsequently. One of the torsion arms will be used for the addressing of the actuators located side of the axis and the other torsion arm for addressing the actuators located on the other side of the axis. In order for the addressing signals for the moving electrodes on one side of the axis not to propagate to the moving electrodes on the other side of the axis that they must receive other addressing signals, in the
Dans un second substrat semi-conducteur 200 (par exemple en silicium) qui va servir de seconde région de la partie fixe 14, à savoir la base 16, on réalise par gravure une première partie en retrait 201 qui va contribuer à former l'espace 25 entre électrodes fixe et mobile des actionneurs et éventuellement une seconde partie en retrait 202 qui va former l'évidement 26 devant se trouver sous la partie mobile 10. La première partie 201 en retrait est moins profonde que la seconde partie en retrait 202.In a second semiconductor substrate 200 (for example made of silicon) which will act as a second region of the fixed
La seconde partie en retrait 202 est située dans une zone centrale de la première partie en retrait 201. Cette gravure peut être une gravure sèche. Le second substrat 200 ainsi gravé va matérialiser les électrodes fixes 20 qui sont alors confondues pour tous les actionneurs. Les électrodes fixes sont ainsi incluses dans la base. On recouvre ensuite le second substrat 200 ainsi gravé d'une couche de matériau isolant 203, par exemple du nitrure de silicium ou un oxyde (figure 11D). La couche de matériau isolant 203 matérialise la couche isolante 24 insérée entre électrodes fixes 20 et mobiles 21.The second recessed portion 202 is located in a central zone of the first recessed portion 201. This etching may be a dry etching. The
On fixe ensuite les deux substrats 100, 200 ensemble en plaçant la première partie en retrait 201 face à la couche superficielle 103 gravée (figure 11E). Cette fixation peut se faire par un procédé d'adhésion moléculaire après avoir préparé les surfaces à assembler de manière appropriée. Un tel procédé d'adhésion moléculaire est connu par le sigle SDB abréviation anglo-saxonne de Silicon Direct Bonding. La seconde partie en retrait 202 est en vis à vis avec la première région de la partie mobile 10.The two
On retire par exemple par une rectification mécanique grossière suivie d'une gravure humide du silicium la couche de base 101 et la couche d'isolant inférieure 102.1 du sandwich 102 du premier substrat 100 (figure 11F).For example, the
On va ensuite graver la couche intermédiaire 102.3 et la couche isolante supérieure 102.2 pour avoir accès à la couche superficielle 103 de manière à délimiter des plots de contact. Les zones ainsi gravées sont référencées 108 sur la figure 11G. On grave aussi dans la couche superficielle 103 des trous d'interconnexion 109 -qui serviront, une fois métallisés, à faire des reprises de contact, entre les électrodes mobiles et les parties 107.1, w1.07.1- de la première région de la partie mobile 10. Ces trous d'interconnexion 109 sont creusés dans les bras de torsion 13 dans une zone où ils se projettent de la partie mobile 10 mais d'autres endroits seraient possibles. Il y a autant de trous d'interconnexion 109 que d'électrodes mobiles 21. Les reprises de contact vont permettre de relier électriquement les dites parties 107.1, 107.2 aux électrodes mobiles 21. Cette étape de gravure est illustrée aux figures 11G et 11H.The intermediate layer 102.3 and the upper insulating layer 102.2 will then be etched to access the
Ensuite on dépose du métal de manière à réaliser les plots de contact 110 et les reprises de contact 111 dans les zones gravées 108 et les trous d'interconnexion 109 (figure 111). Le matériau déposé peut être du tungstène, de l'aluminium ou tout autre métal ou alliage utilisé classiquement.Then, metal is deposited so as to make the
Les figures 11J et 11K montrent, en coupe et en vue de dessus respectivement, le résultat d'une étape de gravure dans la couche intermédiaire 102.3 qui a pour but de délimiter le contour des électrodes mobiles 21 avec leurs amorces 21.3 et leurs corps 21.2, d'une seconde région de la partie mobile 10, d'une seconde région des bras de torsion et des bras d'entraînement (qui sont confondus). La seconde région de la partie mobile, la seconde région des bras de torsion, la seconde région des bras d'entraînement sont donc formées dans le matériau semi-conducteur de la couche intermédiaire 102.3.FIGS. 11J and 11K show, in section and in plan view respectively, the result of an etching step in the intermediate layer 102.3 which aims to delimit the contour of the moving
Les première et seconde régions de la partie mobile, des bras de torsion et des bras d'entraînement sont superposées et forment donc un empilement de la couche superficielle de la couche isolante supérieure et de la couche intermédiaire. On prévoit bien sûr une tranchée d'isolation 112 entre deux électrodes mobiles, situées de part et d'autre de l'axe 12 et qui sont solidaire du même bras de torsion 13 et une tranchée d'isolation 113 entre la partie mobile 10 et les électrodes mobiles 21.The first and second regions of the movable portion, torsion arms and drive arms are superimposed and thus form a stack of the surface layer of the upper insulating layer and the intermediate layer. Of course, an
La figure 11L est une coupe du micro-miroir ou de la micro-lentille dans un plan AA de la figure 11J. Par rapport à la figure 11C, on y voit les plots de contact 110 et les reprises de contact 111.Figure 11L is a section of the micro-mirror or micro-lens in a plane AA of Figure 11J. With reference to FIG. 11C, there are the
La zone réfléchissante 17 du micro-miroir peut être réalisée par le matériau semi-conducteur de la couche intermédiaire 102.3 se trouvant au niveau de la seconde région de la partie mobile 10 s'il présente une réflectivité suffisante. On pourrait bien sûr la réaliser par métallisation par exemple d'or, d'argent, d'aluminium ou autre de la dite seconde région de la partie mobile.The reflecting
En ce qui concerne la micro-lentille, on peut rapporter, par exemple par collage, une pastille réfringente lenticulaire 17 sur le cadre formant la partie mobile 10. On suppose que cette pastille est esquissée sur la figure 11K. La zone 17 pourrait également représenter la zone réfléchissante du micro-miroir.With regard to the micro-lens, it is possible to relate, for example by gluing, a lenticular
Les termes « gauche », « droit », « haut », « bas », « inférieur », « supérieur », « horizontal », « vertical » et autres sont applicables aux modes de réalisation montrés et décrit en relation avec les figures. Ils sont employés uniquement pour les besoins de- la description et ne s'appliquent pas nécessairement à la position prise par le micro-miroir lorsqu'il est en fonctionnement.The terms "left", "right", "up", "down", "lower", "upper", "horizontal", "vertical" and others are applicable to the embodiments shown and described in connection with the figures. They are used solely for the purposes of the description and do not necessarily apply to the position taken by the micro-mirror when in operation.
D'autres modes de réalisation de micro-miroirs sont envisageables. Notamment le nombre d'actionneurs n'est pas limité à deux ou à quatre comme illustré. Ce nombre peut être quelconque, il y a au moins un actionneur d'un côté de l'axe et au moins un actionneur de l'autre côté.Other embodiments of micro-mirrors are conceivable. In particular the number of actuators is not limited to two or four as illustrated. This number can be arbitrary, there is at least one actuator on one side of the axis and at least one actuator on the other side.
-
[1] "
Two-phase actuators : stable zipping devices without fabrication of curved structures", J.R. Gilbert, S.D. Senturia, Solid-state Sensor and Actuator Workshop, June 1996, Hilton Head S.C pages 98-100 Two-phase actuators: stable zipping devices without manufacturing of curved structures ", JR Gilbert, SD Senturia, Solid State Sensor and Actuator Workshop, June 1996, Hilton Head SC pages 98-100 -
[2]
"A micromachined deformable mirror for adaptative optics", W. Schwartz, C. Divoux, J. Margail, L. Jocou, J. Charton, E. Stadler, T. Jager, F. Casset, T. Enot, Proceedings of SPIE 2003, vol. 4985, pages 230-241 "A Micromachined Deformable Mirror for Adaptive Optics", W. Schwartz, C. Divoux, J. Margail, L. Jocou, Charton J., Stadler E., Jager T., Casset F., Enot T., Proceedings of SPIE 2003 , flight. 4985, pages 230-241 -
[3] "
A scanning micro-mirror with angular comb drive actuation", P.R Patterson, D. Hah, H. Nguyen, H. Toshiyoshi, R. Chao, M. C. Wu, 2002 IEEE, pages 544-547 A scanning micro-mirror with angular comb drive actuation ", PR Patterson, D. Hah, H. Nguyen, H. Toshiyoshi, Chao R., MC Wu, 2002 IEEE, pages 544-547
Claims (63)
- Micro-mirror made up of a moving part (110), with a reflective zone (17), a fixed part (14), a means of connection (13) of the moving part (10) to the fixed part (14), forming an axis of rotation (12) contained in the moving part (10) substantially parallel to a principal plane of the moving part (10) and means of electrical control (18) of the rotation of the moving part (10) about the axis (12), characterized in that the means of electrical control (18) include two or more actuators (19) each formed of a fixed electrode (20) which forms part of the fixed part (14) and a moving electrode (21) possessing a free end (21.1) and an end which is connected to a drive arm (23) which is substantially parallel to the axis (12) and emerging from the moving part (10), with the moving electrode (21) being suitable for adhering progressively to the fixed electrode (20) from its free end (21.1) when an actuation voltage (V1, V2) is applied between the two electrodes (20, 21) of one of the actuators (19), the adhesion occurs over a surface which varies as a function of the voltage applied between the electrodes of the actuator, with the actuators (19) being arranged on either side of the axis (12).
- Micro-mirror according to claim 1, wherein the means of connection of the moving part (10) to the fixed part (14) are two torsion arms (13) emerging from the moving part (10) whose ends (11) are connected to the fixed part (14).
- Micro-mirror according to either claim 1 or claim 2, wherein the axis (12) passes through the geometric centre of the moving part (10).
- Micro-mirror according to either claim 2 or claim 3, wherein, on the same side of the moving part (10) a drive arm (23) is offset in relation to a torsion arm (13).
- Micro-mirror according to either claim 2 or claim 3, wherein, on the same side of the moving part (10) a drive arm (23) and a torsion arm (13) are an extension of each other.
- Micro-mirror according to claim 5, wherein the torsion arm (13) has a transverse section that is less than that of the drive arm (23).
- Micro-mirror according to claim 5, wherein the torsion arm (13) has a transverse section that is substantially equal to that of the drive arm (23).
- Micro-mirror according to any of claims 1 to 7, wherein several moving electrodes (21) are linked to the same drive arm (23).
- Micro-mirror according to any of claims 1 to 7, wherein each drive arm (23) is integral with a single moving electrode (21).
- Micro-mirror according to any of claims 1 to 9, wherein several moving electrodes (21) located on the same side of the axis (12) are linked together at their free end (21.1).
- Micro-mirror according to any of claims 1 to 10, wherein at least one moving electrode (21) is wound on itself, with its free end (21.1) located in a central area of the winding.
- Micro-mirror according to any of claims 1 to 10, wherein at least one moving electrode (21) is substantially rectilinear.
- Micro-mirror according to any of claims 1 to 12, wherein at least one moving electrode (21) includes a body (21.2) of substantially constant width extending by means of a stub (21.3) at its free end (21.1), the width of the stub (21.3) being greater than that of the body (21.2).
- Micro-mirror according to any of claims 1 to 13, wherein the fixed electrodes (20) of the actuators (19) are combined.
- Micro-mirror according to any of claims 1 to 14, wherein the fixed part (14) includes a base (16) and columns (15) on which rest the means (13) of connection, with the moving part (10) being suspended above the base (16).
- Micro-mirror according to claim 15, wherein the base (16) includes a cavity (26) opposite the moving part (10) which is suspended above the cavity (26).
- Micro-mirror according to any of claims 1 to 16, wherein the fixed electrodes (20) are covered with a dielectric material (24).
- Micro-mirror according to any of claims 1 to 17, wherein the means of electrical control (18) include an addressing device (27) capable of applying an actuation voltage (V1, V2) to the moving electrodes and/or the fixed electrodes.
- Micro-mirror according to claim 18, wherein the actuation voltage is a continuous voltage (V0) added to a variable control voltage (V1', V2').
- Micro-mirror according to claim 18, wherein at least one fixed electrode (20) of an actuator is divided into two portions (20.1, 20.2) one of which is an end portion (20.1), with these two portions (20.1, 20.2) being insulated from each other, with the addressing device (27) being capable of applying a continuous voltage (V0) to the end portion (21.1) and a variable control voltage (V1', V2') to the other portion (20.2).
- Micro-mirror according to either claim 19 or claim 20, wherein the continuous voltage (V0) is a minimal voltage for maintaining adhesion of the free end (21.1) of the moving electrode (21) of the actuator onto the fixed electrode (20).
- Micro-mirror according to any of claims 19 to 21, wherein when the control voltage applied to an actuator located on one side of the axis is non-zero, the control voltage applied at the same time to an actuator located on the other side of the axis is zero.
- Process for the manufacture of a micro-mirror according to claims 1 to 22, wherein it includes the following steps:a) etching of the outline of a first region of the moving part (1), of a first region of the fixed part (14), a first region of the drive arms (23) and of a first region of the means (13) of connection in a surface layer (103) and a first insulating layer (102.2) of a stratified substrate (100) made up of an alternating stacking of a first and second layer (102.1, 102.2) of insulating material and two semi-conductive layers (103, 102.3) one of which is intermediate (102.3) and the other of which is a surface layer (103).b) in a second semi-conductive substrate (200) the etching of a recessed part (201), with this second substrate (200) contributing to the formation of a second region of the fixed part (14) and the fixed electrodes (20) of the actuators (19),c) assembly of two substrates (100, 200) with the recessed part (201) facing the etched surface layer,d) etching of the outline of the moving electrodes (21), of a second region of the moving part (10), a second region of the means of connection (13) and of a second region of the drive arms (23), in the intermediate layer (102.3) and prior metallization (110,111) electrically connected to moving electrodes (21) for the application of the actuation voltage (V1, V2) of each actuator (19) via the fixed part (14) and the moving part (10).
- Process according to claim 23, wherein trenches of insulation (104, 105) are made during step a) in the surface layer (103) and in the upper insulation layer (102.2) at the first region of the fixed part (10) and the first region of the moving part (14) and in the intermediate layer (102.3) during step d) at the moving electrodes (21) and the second region of the moving part (10) to provide electrical insulation of the moving electrodes (21) during the application of actuation voltage to a moving electrode (21) via the first region of the fixed part (14) and the first region of the moving part (10).
- Process according to either claim 23 or claim 24, wherein step b) includes the etching of the cavity (26) in a central part of the recessed part (201).
- Process according to any of claims 23 to 25, wherein step b) is followed by a step for the creation of a layer of insulating material (203) on the second etched substrate (200).
- Process according to any of claims 23 to 26, wherein the second region of the moving part (10) forms the reflective zone (17).
- Process according to any of claims 23 to 26, wherein it includes a step for metallization of the second region of the moving part (10) in order to form the reflective zone (17).
- Process according to any of claims 23 to 28, wherein, after assembly, the second insulating layer (102.2) is removed.
- Process according to any of claims 23 to 29, wherein the surface layer (103) is thicker than the intermediate layer (102.3).
- Process according to any of claims 23 to 30, wherein the first substrate is a double SOI substrate and includes next to the second insulating layer (102.2) a semi-conductive base layer (101) which is removed after assembly of the two substrates (100, 200).
- Micro-lens made up of a moving part (10), with a refringent zone (17), a fixed part (14) a means of connection (13) of the moving part (10) to the fixed part (14), forming an axis of rotation (12) contained in the moving part (10) substantially parallel to a principal plane of the moving part (10), and means of electrical control (18) of the rotation of the moving part (10) about the axis (12) characterized in that the means of electrical control (18) include two or more actuators (19) each formed of a fixed electrode (20) which forms part of the fixed part (14) and a moving electrode (21) possessing a free end (21.1) and an end which is connected to a drive arm (23) which is substantially parallel to the axis (12) and emerging from the moving part (10), with the moving electrode (21) being suitable for adhering progressively to the fixed electrode (20) from its free end (21.1) when an actuation voltage (V1, V2) is applied between the two electrodes (20, 21) of one of the actuators (19), the adhesion occuring over a surface which varies as a function of the voltage applied between the electrodes of the actuator, with the actuators (19) being arranged on either side of the axis (12).
- Micro-lens according to claim 32, wherein the means of connection of the moving part (10) to the fixed part (14) are two torsion arms (13) emerging from the moving part (10) whose ends (11) are connected to the fixed part (14).
- Micro-lens according to either claim 32 or claim 33, wherein the axis (12) passes through the geometric centre of the moving part (10).
- Micro-lens according to either claim 33 or claim 34, wherein, on the same side of the moving part (10) a drive arm (23) is offset in relation to a torsion arm (13).
- Micro-lens according to either claim 33 or claim 34, wherein, on the same side of the moving part (10) a drive arm (23) and a torsion arm (13) form an extension of each other.
- Micro-lens according to claim 36, wherein the torsion arm (13) has a transverse section that is less than that of the drive arm (23).
- Micro-lens according to claim 36, wherein the torsion arm (13) has a transverse section that is substantially equal to that of the drive arm (23).
- Micro-lens according to any of claims 32 to 38, wherein several moving electrodes (21) are linked to the same drive arm (23).
- Micro-lens according to any of claims 32 to 38, wherein each drive arm (23) is integral with a single moving electrode (21).
- Micro-lens according to any of claims 32 to 40, wherein several moving electrodes (21) located on the same side of the axis (12) are linked together at their free end (21.1).
- Micro-lens according to any of claims 32 to 41, wherein at least one moving electrode (21) is wound on itself, with its free end (21.1) located in a central area of the winding.
- Micro-lens according to any of claims 32 to 41, wherein at least one moving electrode (21) is substantially rectilinear.
- Micro-lens according to any of claims 32 to 43, wherein at least one moving electrode (21) includes a body (21.2) of substantially constant width extending by means of a stub (21.3) at its free end (21.1), the width of the stub (21.3) being greater than that of the body (21.2).
- Micro-lens according to any of claims 32 to 44, wherein the fixed electrodes (20) of the actuators (19) are combined.
- Micro-lens according to any of claims 32 to 45, wherein the fixed part (14) includes a base (16) and columns (15) on which the means (13) of connection (13) rest, with the moving part (10) being suspended above the base (16).
- Micro-lens according to claim 46, wherein the base (16) includes a cavity (26) opposite the moving part (10) which is suspended above the cavity (26).
- Micro-lens according to any of claims 32 to 47, wherein the fixed electrodes (20) are covered with a dielectric material (24).
- Micro-lens according to any of claims 32 to 48, wherein the means of electrical control (18) include an addressing device (27) capable of applying an actuation voltage (V1, V2) to the moving electrodes and/or the fixed electrodes.
- Micro-lens according to claim 49, wherein the actuation voltage is a continuous voltage (V0) added to a variable control voltage (V1', V2').
- Micro-lens according to claim 49, wherein at least one fixed electrode (20) of an actuator is divided into two portions (20.1, 20.2) one of which is an end portion (20.1), with these two portions (20.1, 20.2) being insulated from each other, with the addressing device (27) being capable of applying a continuous voltage (V0) to the end portion (21.1) and a variable control voltage (V1', V2') to the other portion (20.2).
- Micro-lens according to either claim 50 or claim 51, wherein the continuous voltage (V0) is a minimal voltage for maintaining adhesion of the fee end (21.1) of the moving electrode (21) of the actuator onto the fixed electrode (20).
- Micro-lens according to any of claims 50 to 52, wherein, when the control voltage applied to an actuator located on one side of the axis is non-zero, the control voltage applied at the same time to an actuator located on the other side of the axis is zero.
- Process for the manufacture of a micro-lens as described in any of claims 32 to 53, wherein it includes the following steps:a) etching of the outline of a first region of the moving part (10), of a first region of the fixed part (14), of a first region of the drive arms (23) and of a first region of the means (13) of connection in a surface layer (103) and a first insulating layer (102.2) of a stratified substrate (100) made up of an alternating stacking of a first and second layer (102.1, 102.2) of insulating material and two semi-conductive layers (103, 102.3) one of which is intermediate (102.3) and the other of which is a surface layer (103),b) in a second semi-conductive substrate (200) the etching of a recessed part (201), with this second substrate (200) helping to form a second region of the fixed part (14) and the fixed electrodes (20) of the actuators (19),c) assembly of two substrates (100, 200) with the recessed part (201) facing the etched surface layer,d) etching of the outline of the moving electrodes (21), of a second region of the moving part (10), a second region of the means of connection (13) and of a second region of the drive arms (23), in the intermediate layer (102.3) and prior metallization (110,111) electrically connected to moving electrodes (21) for the application of the actuation voltage (V1, V2) of each actuator (19) via the fixed part (14) and the moving part (10).
- Process according to claim 54, wherein trenches of insulation (104, 105) are made during step a) in the surface layer (103) and in the upper insulation layer (102.2) at the first region of the fixed part (10) and the first region of the moving part (14) and in the intermediate layer (102.3) during step d) at the moving electrodes (21) and of the second region of the moving part (10) to provide electrical insulation of the moving electrodes (21) during the application of actuation voltage to a moving electrode (21) via the first region of the fixed part (14) and the first region of the moving part (10).
- Process according to either claim 54 or claim 55, wherein step b) includes the etching of the means forming the pivot (30.1) in the recessed part (201).
- Process according to any of claims 54 to 56, wherein step b) includes the etching of the cavity (26) in a central part of the recessed part (201).
- Process according to any of claims 54 to 57, wherein step b) is followed by a step for the creation of a layer of insulating material (203) on the second etched substrate (200).
- Process according to any of claims 54 to 58, wherein the moving part (10) is etched in the form of a frame during step b).
- Process according to claim 59, wherein it includes a step for assembly of a lenticular refringent element to the frame of the moving part in order to form the refringent zone (17).
- Process according to any of claims 54 to 60, wherein, after assembly in step c), the second insulating layer (102.2) is removed.
- Process according to any of claims 54 to 61, wherein the surface layer (103) is thicker than the intermediate layer (102.3).
- Process according to any of claims 54 to 62, wherein the first substrate (100) is a double SOI substrate and includes next to the second insulating layer (102.2) a semi-conductive base layer (101) which is removed after assembly of the two substrates (100, 200).
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